t-espel-0595diseño de simulador de sensores para ecm diesel

8/20/2019 T-ESPEL-0595diseño de Simulador de Sensores Para ECM Diesel

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ESCUELA POLITÉCNICA DEL

EJÉRCITO

SEDE LATACUNGA

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SIMULADOR DE GESTIÓN

ELECTRÓNICA PARA MÓDULOS DE CONTROL ELECTRÓNICO

(ECM) PARA MOTORES DIESEL CUMMINS CON LAS

ESPECIFICACIONES N14”.

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DEINGENIERO AUTOMOTRIZ

ZAPATA VACA ALEX MAURICIO

Latacunga, Marzo del 2009



I

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO


DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD

Yo: ZAPATA VACA ALEX MAURICIO

DECLARO QUE:

El proyecto de grado titulado “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN

SIMULADOR DE GESTIÓN ELECTRONICA PARA ECM EN MOTORES

DIESEL CUMMINS CON LAS ESPECIFICACIONES N14” ha sido

desarrollado con base a una investigación exhaustiva, respetando

derechos intelectuales de terceros, conforme las citas que constan al pie

de las páginas correspondientes, cuyas fuentes se incorporan en la

bibliografía.

Consecuentemente este trabajo es de mí autoría.

En virtud de esta declaración, me responsabilizo del contenido,

veracidad y alcance científico del proyecto de grado en mención.

Latacunga, Marzo del 2009.


CI. No. 171597502-3



II



AUTORIZACIÓN

Yo: ZAPATA VACA ALEX MAURICIO

Autorizo a la Escuela Politécnica del Ejército la publicación, en la Biblioteca

Virtual de la Institución del trabajo “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN

SIMULADOR DE GESTIÓN ELECTRONICA PARA ECM EN MOTORES

DIESEL CUMMINS CON LAS ESPECIFICACIONES N14”cuyo contenido,

ideas y criterios son de mi exclusiva responsabilidad y autoría.



CI. No. 171597502-3



III



CERTIFICADO

ING. ESTEBAN LÒPEZ (DIRECTOR)

ING. JULIO ACOSTA (CODIRECTOR)

CERTIFICAN:

Que el trabajo “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SIMULADOR DE

GESTIÓN ELECTRONICA PARA ECM EN MOTORES DIESEL CUMMINS

CON LAS ESPECIFICACIONES N14” realizado por el señor: ZAPATA VACA ALEX

MAURICIO ha sido guiado y revisado periódicamente y cumple normas estatutarias

establecidas por la ESPE, en el Reglamento de Estudiantes de la Escuela Politécnica

del Ejército.

Debido a que constituye un trabajo de excelente contenido científico quecoadyuvará a la aplicación de conocimientos y al desarrollo profesional, SI

recomiendan su publicación.

El mencionado trabajo consta de UN empastado y UN disco compacto el cual

contiene los archivos en formato portátil de Acrobat. Autorizan al señor: ZAPATA

VACA ALEX MAURICIO que lo entregue al ING. JUAN CASTRO, en su calidad de

Coordinador de Carrera.


Ing. Esteban López Ing. Julio Acosta

DIRECTOR CODIRECTOR



IV

CERTIFICACIÓN

Se certifica que el presente trabajo fue desarrollado por Alex Mauricio

Zapata Vaca, bajo nuestra supervisión.

ING. ESTEBAN LÓPEZ

DIRECTOR DE PROYECTO

ING. JULIO ACOSTA

CODIRECTOR DE PROYECTO



V

AGRADECIMIENTO

Doy mi mas sincero agradecimiento a Dios, que ha sido mi guía en todo

momento, ya que con ayuda de él me ha llevado a consolidar mis metas y

todos los anhelos de mi vida.

De la misma forma Dios me ha dado la oportunidad de tener a mi lado

personas tan especiales como mis padres, mi hermano y toda mi familia

quienes han sido pilares fundamentales de amor, responsabilidad, apoyo, y

comprensión.

Agradezco a mis amigos con los cuales compartimos buenos momentos,

logros y derrotas a lo largo de mi vida universitaria.

Alex Zapata V.



VI

DEDICATORIA

Al culminar una etapa mas de mi vida académica, dedico este trabajo a mis

padres que con su esfuerzo, apoyo, sacrificio y confianza he podido alcanzar

esta menta.

Por ser un ejemplo de vida, por dejar todo por el cumplimiento de mis metas

y por ser la familia ejemplar, es para Ustedes este proyecto, sacrificio suyo y

mío diariamente.

También quiero dedicar este proyecto a la memoria de mi abuelito HugoZapata y mi tío Marcelo Vaca, ya que estoy seguro que desde el cielo

contribuyen al desarrollo de mi vida.

Alex Zapata V.



VII

ÍNDICE

DECLARACIÓN DE RESPONSABILIDAD ........................................................ II

AUTORIZACIÓN ............................................................................................... III

CERTIFICADO ................................................................................................. IV

CERTIFICACIÓN .............................................................................................. V

AGRADECIMIENTO ........................................................................................ VI

DEDICATORIA ............................................................................................... VII

ÍNDICE ........................................................................................................... VIII

ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................... IX

ÍNDICE DE TABLAS ...................................................................................... XXI

RESUMEN ......................................................................................................... 1

PRESENTACIÓN ............................................................................................... 2

CAPÍTULO I

ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS UTIL IZADOS EN

MOTORES DIESEL .

1.1. GENERALIDADES .................................................................................. 3

1.2. INTRODUCCIÓN A LOS ELEMENTOS ELÉCTRICOS –

ELECTRÓNICOS ............................................................................................... 4

1.2.1 ELEMENTOS PASIVOS ........................................................................... 4

1.2.1.1 RESISTENCIAS .................................................................................. 4

1.2.1.2 TERMISTORES .............................................................................. 11

1.2.1.3 CAPACITORES ............................................................................... 14 1.2.1.3.1 CAPACITORES DE CERÁMICA ............................................... 16 1.2.1.3.2 CAPACITORES DE PLÁSTICO ................................................. 19 1.2.1.3.3 CAPACITORES DE MICA ......................................................... 21 1.2.1.3.4 CAPACITORES ELECTROLÍTICOS .......................................... 21

1.2.1.3.5 CAPACITORES DE TANTALIO ................................................. 22



VIII

1.2.1.3.6 SELECCIONES DE CAPACITORES ......................................... 22 1.2.1.3.7 CAPACITORES PARA CIRCUITOS INTEGRADOS .................. 23

1.2.1.4 INDUCTORES ................................................................................ 24 1.2.1.4.1 BOBINAS: INDUCTORES EN SERIO Y PARALELO ................ 25 1.2.1.4.2 INDUCTORES PARA APLICACIONES EN CIRCUITOSINTEGRADOS ........................................................................................... 26

1.2.1.5 TRANSFORMADORES .................................................................. 26 1.2.1.5.1 TRANSFORMADORES DE POTENCIA .................................... 27

1.2.1.6 RELÉS ............................................................................................ 29

1.2.2 ELEMENTOS ACTIVOS .................................................................... 31

1.2.2.1 DIODOS DE UNIÓN PN ................................................................. 31 1.2.2.1.1 TIPOS DE DIODOS ................................................................... 32 1.2.2.1.2 APLICACIONES ........................................................................ 33

1.2.2.2 RECTIFICADORES........................................................................ 33

1.2.2.3 TRANSISTORES ............................................................................ 34 1.2.2.3.1 CARACTERISTICAS DEL TRANSISTOR REAL ....................... 35 1.2.2.3.2 TIPOS DE TRANSISTORES DE POTENCIA ............................ 35

1.2.2.3.2.1 TRANSISTORES BJT ........................................................ 35 1.2.2.3.2.2 TRANSISTORES FET (JFET) ............................................ 37 1.2.2.3.2.3 TRANSISTORES DARLINTON .......................................... 39 1.2.2.3.2.4 TRANSISTORES MOSFET ................................................ 41

1.2.2.4 CIRCUITOS INTEGRADOS ........................................................... 42 1.2.2.4.1 FAMILIAS BIPOLARES ............................................................. 43 1.2.2.4.2 FAMILIAS MOS ......................................................................... 43 1.2.2.4.3 ELABORACIÓN DE LAS TABLETAS ........................................ 44 1.2.2.4.4 FABRICACIÓN DE CIRCUITOS BIPOLARES ........................... 44 1.2.2.4.5 LÓGICA TRANSISTOR - TRANSISTOR ................................... 43 1.2.2.4.6 CIRCUITOS INTEGRADOS HIBRIDOS .................................... 43 1.2.2.4.7 METODOS DE INTERCONEXIÓN ............................................ 43

1.2.3 GENERADORES DE ONDAS ........................................................... 47

1.2.3.1 OSCILADORES .............................................................................. 47 1.2.3.1.1 TIPOS DE OSCILADORES ....................................................... 48 1.2.3.1.2 ESTABILIDAD DE LOS OSCILADORES ................................... 49

1.2.3.2 GENERADORES DE ONDAS CUADRADAS ................................. 49

1.2.3.3 GENERADORES DE PULSOS....................................................... 50

1.2.4 ELECTRÓNICA DE MÓDULOS ........................................................ 50

1.2.4.1 GENERALIDADES ......................................................................... 50

1.2.4.2 ANÁLISIS DE LAS FUNCIONES BÁSICAS .................................... 51

1.2.4.3 PARTES DE UN MÓDULO ELECTRÓNICO DE CONTROL .......... 52



IX

1.2.4.4 CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN O FUENTE .................................. 52

1.2.4.5 CIRCUITO DE CONTROL .............................................................. 53 1.2.4.6 PROCESAMIENTO DE DATOS ..................................................... 55

1.2.5 FUNCIONES DIGITALES .................................................................. 56 1.2.5.1 TEMPORIZADOR ........................................................................... 56

1.2.5.2 MEDICIONES ANALÓGICAS ......................................................... 57

1.2.5.3 MEDICIONES DIGITALES ............................................................. 57

1.2.5.4 MEDICIONES DIGITALES DIRECTAS ........................................... 59

1.2.5.5 CONTEO DE PULSOS ................................................................... 60

CAPÍTULO II

CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS DE LA ECM.

2.1 INTRODUCCIÓN AL SISTEMA DE INYECCIÓN DIESEL .................... 64

2.1.1 MÓTOR DIESEL............................................................................. 64

2.1.2 CUMMINS ...................................................................................... 64

2.1.3 MOTOR CUMMINS N14 ................................................................. 65

2.2. CLASIFICACIÓN GENERAL ................................................................ 66

2.2.1 MEDIANTE BOMBA DE INYECCIÓN ............................................. 66 2.2.2 SISTEMA INYECTOR BOMBA ....................................................... 69

2.2.3 SISTEMA COMMON RAIL ............................................................. 69 2.2.4 SISTEMA DE INYECCIÓN UTILIZADO EN EL MOTOR

CUMMINS N14 ........................................................................... 70

2.2.5 SEÑALES BASE ............................................................................ 71

2.3. COMPUTADORES AUTOMOTRICES .................................................. 72

2.4. SISTEMAS ON-BOARD ........................................................................ 74

2.4.1. OBD I .............................................................................................. 74

2.4.2. OBD II ............................................................................................. 75

2.4.3. OBD III ............................................................................................ 84

2.5. MEMORIAS ........................................................................................... 86

2.5.1. CARACTERISTICAS DE LAS MEMORIAS DESEMICONDUCTORES ................................................................... 86

2.6. TIPOS DE MEMORIA ............................................................................ 87

2.6.1. MEMORIAS TIPO DIL .................................................................... 87

2.6.2. MEMORIAS TIPO PLCC ................................................................ 88

2.6.3. MEMORIAS TIPO SOP .................................................................. 89



X

2.7. MEMORIA ROM .................................................................................... 89

2.7.1. TIPOS DE ROMS ........................................................................... 90

2.8. MEMORIA RAM .................................................................................... 92

2.8.1. TIPOS DE RAM .............................................................................. 93 2.9. RELOJ (CLOCK) ................................................................................... 93

2.10. CAN BUS .............................................................................................. 94

2.10.1. COMO FUNCIONA EL SISTEMA BUS CAN .................................. 94

2.10.2. CARACTERISTICAS PRINCIPALES DEL PROTOCOLO CAN. ..... 97

2.10.3. FORMATOS DE LOS MENSAJES ................................................. 98

2.10.4. PATRONES EXISTENTES. ............................................................ 99

2.10.5. DETECCIÓN DE FALLAS ............................................................ 100

2.10.6. COMPONENTES DEL BUS CAN. ................................................ 104

2.10.6.1 CABLES .................................................................................. 104

2.10.6.2 ELEMENTOS DE CIERRE O TERMINADORES ..................... 105

2.10.6.3 CONTROLADORES ................................................................ 105

2.10.6.4 TRANSMISOR / RECEPTOR .................................................. 106

2.10.7. DESARROLLO DE UN CICLO DE TRANSMISIÓN DE DATOS ... 107

2.10.8. DATAGRAMA ............................................................................... 108 2.10.8.1 CAMPOS DE DATAGRAMA .................................................... 109

2.10.9. COMO ES EL MENSAJE .............................................................. 110

2.10.9.1 ESTRUCTURA DEL MENSAJE ESTANDAR .......................... 111

2.10.10. GENERACIÓN DE PROTOCOLO DE DATOS ............................. 113 2.10.11. ADJUDICACIÓN DE PROPIEDADES EN EL CAN BUS DE

DATOS ....................................................................................... 114

2.10.12. CAN BUS DEL ÁREA DE TRACCIÓN .......................................... 116

2.10.13. CAN BUS DEL ÁREA DE CONFORT ........................................... 118

2.10.14. CAN BUS DEL ÁREA DE DISPLAY ............................................. 119 2.10.15. DIAGNÓSTICO DEL CAN BUS ................................................... 122

CAPÍTULO IIIDISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL SIMULADOR DE GESTIÓN

ELECTRÓNICA .

3.1. CARACTERÌSTICAS DEL SISTEMA .................................................. 124

3.2. SEÑALES A COMPROBAR................................................................ 125

3.3. PARÀMETROS CONSIDERADOS PARA LA CONSTRUCCIÒN

DEL SIMULADOR ............................................................................... 126



XI

3.3.1. SENSOR DE PRESION DEL MÚLTIPLE DE ADMISIÓN MAP..... 126 3.3.1.1 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL SENSOR MAP .......................... 129

3.3.2. SENSORDE TEMPERATURA DEL MÚLTIPLE DE ADMISIÓNIAT ................................................................................................ 130

3.3.2.1 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL SENSOR IAT ............................. 132

3.3.3. SENSOR DE POSICIÓN DEL MOTOR EPS ................................ 132 3.3.3.1 GENERACIÓN DE ONDA DEL SENSOR EPS .......................... 134 3.3.3.2 PASOS PARA EL PROCESO DE COPIADO DELA SEÑAL

. DEL SENSOR EPS ................................................................... 135

3.3.4. SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE WTS ....... 136 3.3.4.1 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL SENSOR WTS .......................... 138

3.3.5. SENSOR DE TEMPERATURA DEL ACEITE DEL MOTOR OTS . 138 3.3.5.1 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL SENSOR OTS ........................... 140

3.3.6. SENSOR DE PRESION DEL ACEITE DEL MOTOR OPS............ 141 3.3.6.1 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL SENSOR OPS ........................... 142

3.3.7. INYECTORES .............................................................................. 142 3.3.8. SOLENOIDE DE CIERRE DE COMBUSTIBLE ............................ 144

3.3.8.1 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL ACTUADOR SOLENOIDE DE………...CIERRE DE COMBUSTIBLE ..................................................... 145

3.3.9. SENSOR DE POSICIÓN DEL ACELERADOR TPS ..................... 146 3.3.9.1 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL SENSOR TPS ........................... 147

3.3.10. INTERRUPTOR DE VALIDACIÓN DE MARCHA EN VACÍO IVS . 148

3.3.10.1 DISEÑO DEL INTERRUPTOR DE VALIDACIÓN DE…………. MARCHA EN VACÍO IVS ........................................................ 149

3.4. DISEÑO DE LA TARJETA DE CONTROL.......................................... 150

3.5. MONTAJE Y ACOPLAMIENTO DE ELEMENTOS ELÉCTRICOS – ELECTRÒNICOS ........................................................................................... 152

3.6. CONEXIONES AL TABLERO DE INSTRUMENTACIÓN .................... 153

3.7. ANÁLISIS DE LA ECM ....................................................................... 154

CAPÍTULO IV

PROCEDIMIENTOS Y PRUEBAS DEL EQUIPO.

4.1. PROCEDIMIENTOS ............................................................................ 157

4.2. PRUEBAS ........................................................................................... 158



XII

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

5.1. CONCLUSIONES ................................................................................ 180

5.2. RECOMENDACIONES ........................................................................ 181

CAPÍTULO VI

B IBL IOGRAFÍA. ................................................................................. 183

CAPÍTULO VII

ANEXOS



XIII

ÍNDICE DE FIGURAS

CAPÍTULO I

ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS UTIL IZADOSEN MOTORES DIESEL

1.1 RESISTENCIA DE CARBONO DE 0.25 A 4W .......................................... 4

1.2 RESISTENCIA BOBINADA CEMENTADA DE 2 A 15W .......................... 4

1.3 RESISTENCIA BOBINADA DE GRAN POTENCIA 10W EN

ADELANTE .................................................................................................... 4

1.4 RESISTENCIA VARIABLES ..................................................................... 6

1.5 RESISTENCIA SMD A) RESISTENCIA DE TOLERANCIA 5 B)RESISTENCIA DE TOLERANCIA 1% ............................................................ 9

1.6 TERMISTORES: A) NTC TIPO DISCO; B) NTC TIPO CILÍNDRICO;

C) PTC TIPO DISCO; D) PTC TIPO TORNILLO ........................................... 13

1.7 CAPACITOR ........................................................................................... 15

1.8 CAPACITOR ELECTROLÍTICO .............................................................. 21

1.9 CAPACITOR DE TANTALIO .................................................................. 22

1.10 DIAGRAMA EN SERIE DE BOBINAS .................................................. 25

1.11 DIAGRAMA EN PARALELO DE BOBINAS ......................................... 25

1.12 ESTRUCTURA DE UN RELÉ................................................................ 30

1.13 SÍMBOLO DEL DIODO ......................................................................... 33

1.14 CURVA CARACTERÍSTICA DE UN DIODO RECTIFICADOR ............. 34

1.15 TRANSISTOR BJT ................................................................................ 36

1.16 REGIONES DE OPERACIÓN DEL BJT. ............................................... 37

1.17 ZONA DE FUNCIONAMIENTO DE JFET.............................................. 38

1.18 TRANSISTOR JFET .............................................................................. 38

1.19 TRANSISTOR DARLINGTON CON LA IDENTIFICACIÓN DE LASPATILLAS Y SU ESTRUCTURA INTERNA .................................................. 40

1.20 TIPO DE ENCAPSULADO DE UN TRANSISTOR DARLINGTON ...... 40

1.21 TRANSISTOR MOSFET ........................................................................ 41



XIV

1.22 CIRCUITO INTEGRADO ....................................................................... 43

1.23 GRÁFICO COMPARATIVO LÓGICA TRANSISTOR ............................ 45

1.24 CONSTRUCCIÓN HÍBRIDA DE PELÍCULA DELGADA ....................... 46

1.25 GENERADOR DE ONDAS CUADRADAS DIAGRAMA DEL

CIRCUITO / FORMA DE ONDA DE SALIDA ................................................ 49

1.26 GENERADOR DE PULSOS .................................................................. 50

1.27 FUENTE ECM CUMMINS ..................................................................... 53

1.28 CIRCUITO DE CONTROL ECM CUMMINS .......................................... 54

1.29 PROCESAMIENTO DE DATOS ECM CUMMINS ................................. 55

1.30 CIRCUITO INTEGRADO 555 ................................................................ 60

1.31 ARQUITECTURA INTERNA DEL CI 555 .............................................. 61

1.32 OPERACIÓN MONOESTABLE DEL CI 555 ......................................... 62

1.33 OPERACIÓN ASTABLE DEL CI 555 ................................................... 63

CAPÍTULO II

CARACTERISTICAS OPERATIVAS DE LA ECM

2.1 MOTOR CUMMINS N14 ......................................................................... 65

2.2 BOMBA DE INYECCIÓN EN LÍNEA BOSCH, VDT – U 2/604 BR. ......... 66

2.3 BOMBA DE INYECCIÓN ROTATIVA BOSCH, VE. ................................ 67

2.4 BOMBA DE INYECCIÓN INDIVIDUALES............................................... 68

2.5 INYECTOR BOMBA BOSCH IB. ............................................................ 69

2.6 COMMON RAIL ...................................................................................... 70

2.7 SISTEMA DE INYECCIÓN CUMMINS N14 ............................................. 71

2.8 ECM CUMMINS-CELECT ....................................................................... 73

2.9 PRO-LINK HEAVY DUTY OBD I ............................................................. 75

2.10 CONECTOR DE DIAGNÓSTICO OBD II .............................................. 78

2.11 CONECTOR DEUTSCH J1587 ............................................................. 79

2.12 CONECTOR DEUTSCH J1939 ............................................................. 80



XV

2.13 INLINE 5 Y INSITE DE CUMMINS ........................................................ 84

2.14 MEMORIA TIPO DIL ............................................................................. 87

2.15 MEMORIA TIPO PLCC ......................................................................... 88

2.16 MEMORIA TIPO SOP............................................................................ 89

2.17 DIAGRAMA DE BLOQUES EN ROM ................................................... 90

2.18 ESQUEMA BÁSICO DE UN BUS CAN ................................................. 94

2.19 RECEPCIÓN DE MENSAJES CAN BUS .............................................. 97

2.20 MENSAJE FORMATO CAN 2.0A ......................................................... 98

2.21 MENSAJE FORMATO CAN 2.0B ......................................................... 99

2.22 RED CAN ............................................................................................ 102

2.23 MEDIDAS OBSERVADAS EN EL DESARROLLO DEL LAZO .......... 103

2.24 CABLES CAN BUS ............................................................................. 105

2.25 ELEMENTO DE CIERRE O TERMINADOR CAN BUS ....................... 105

2.26 CONTROLADORES CAN BUS ........................................................... 106

2.27 TRANSISTOR \ RECEPTOR CAN BUS .............................................. 107

2.28 CICLO DE TRANSMISIÓN DE DATOS .............................................. 108

2.29 DATAGRAMA ..................................................................................... 1082.30 COMO SE ESCRIBE UN MENSAJE ................................................... 110

2.31 MENSAJE ESTÁNDAR. ...................................................................... 111

2.32 PROTOCOLO DE DATOS .................................................................. 113

2.33 ADJUDICACIÓN DE PRIORIDADES .................................................. 114

2.34 FUENTES PARASITAS ...................................................................... 115

2.35 CAN BUS ÁREA DE TRACCIÓN ........................................................ 116

2.36 ÁREA DE TRACCIÓN ......................................................................... 1172.37 ÁREA DE CONFORT .......................................................................... 119

2.38 INTERRUPCIÓN DE UN CABLE DEL BUS ........................................ 120

2.39 CORTOCIRCUITO ENTRE LOS CABLES DEL BUS ......................... 121

2.40 DERIVACIÓN A TIERRA .................................................................... 121

2.41 VERIFICACIÓN OSCILOSCOPIO ....................................................... 122



XVI

CAPÍTULO III

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL SIMULADOR DE GESTIÓN

ELECTRÓNICA

3.1 SIMULADOR ......................................................................................... 124

3.2 CIRCUITO DEL SENSOR DE PRESIÓN DEL MÚLTIPLE DE

ADMISIÓN. ................................................................................................. 127

3.3 SENSOR DE PRESIÓN DEL MÚLTIPLE DE ADMISIÓN. .................... 127

3.4 CURVA DE FUNCIONAMIENTO DEL MAP.......................................... 128

3.5 CIRCUITO DEL SENSOR MAP ............................................................ 129

3.6 SENSOR DE TEMPERATURA DEL MÚLTIPLE DE ADMISIÓN. ......... 131

3.7 CIRCUITO DEL SENSOR DE TEMPERATURA DEL MÚLTIPLE DEADMISIÓN. ................................................................................................. 131

3.8 CURVA DE FUNCIONAMIENTO DEL IAT ............................................ 131

3.9 CIRCUITO DEL SENSOR IAT............................................................... 132

3.10 SENSOR DE VELOCIDAD DEL MOTOR EPS ................................... 133

3.11 CIRCUITO DEL SENSOR DE POSICIÓN DEL MOTOR (EPS)........... 133

3.12 SEÑAL DEL EPS ................................................................................ 134

3.13 CIRCUITO DE TRANSFORMADORES ............................................... 135

3.14 CONEXIÓN DEL SENSOR EPS PARA EL COPIADO DE SEÑAL. .... 136

3.15 SENSOR DE TEMPERATURA DEL MOTOR WTS ............................ 137

3.16 CURVA DE FUNCIONAMIENTO DEL WTS ........................................ 137

3.17 CIRCUITO DEL SENSOR DE TEMPERATURA DEL

REFRIGERANTE (WTS) ............................................................................. 1383.18 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL SENSOR WTS .................................... 138

3.19 CIRCUITO DEL SENSOR DE TEMPERATURA DEL ACEITE DEL

MOTOR (OTS) ............................................................................................ 139

3.20 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL SENSOR OTS .................................... 140

3.21 CIRCUITO DEL SENSOR DE PRESIÓN DEL ACEITE DEL

MOTOR (OPS) ........................................................................................... 141

3.22 SENSOR DE TEMPERATURA DEL MOTOR WTS ............................ 141



XVII

3.23 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL SENSOR OPS .................................... 142

3.24 INYECTOR .......................................................................................... 143

3.25 CURVA DE FUNCIONAMIENTO DEL INYECTOR ............................. 143

3.26 SOLENOIDE DE CIERRE DE COMBUSTIBLE. ................................. 144

3.27 CIRCUITO DE SOLENOIDE DE CIERRE DE COMBUSTIBLE. .......... 144

3.28 DISEÑO DEL CIRCUITO DE SOLENOIDE DE CIERRE DECOMBUSTIBLE. ......................................................................................... 145

3.29 SENSOR DE POSICIÓN DEL ACELERADOR (TPS) ......................... 146

3.30 CURVA DE FUNCIONAMIENTO DEL TPS ......................................... 146

3.31 CIRCUITO DEL SENSOR DE POSICIÓN DEL ACELERADOR. ........ 147

3.32 DISEÑO DEL CIRCUITO DEL SENSOR TPS. .................................... 147

3.33 INTERRUPTOR DE VALIDACIÓN DE MARCHA EN VACÍO (IVS). .. 148

3.34 CIRCUITO DE INTERRUPTOR DE VALIDACIÓN DE MARCHA

EN VACÍO (IVS). ......................................................................................... 148

3.35 DISEÑO DEL CIRCUITO INTERRUPTOR DE VALIDACIÓN DE

MARCHA EN VACÍO (IVS)….................................................................. 149

3.36 DIAGRAMAS ESQUEMÁTICOS DEL CIRCUITO IMPRESO DE

CADA SENSOR. ......................................................................................... 150

3.37 DIAGRAMAS IMPRESOS EN LA PARTE FRONTAL DE LA

TARJETA ELECTRÓNICA ......................................................................... 151

3.38 TARJETA ELECTRÓNICA ................................................................. 151

3.39 TARJETAS ELECTRÓNICAS ENSAMBLADAS ................................ 152

3.40 FUENTE DE ALIMENTACIÓN ............................................................ 153

3.41 CONEXIONES AL TABLERO ............................................................ 1543.42 CONEXIONES ENTRE COMPONENTES .......................................... 154

3.43 ECM CUMMINS.................................................................................. 155

3.44 ESTRUCTURA INTERNA DE LA ECM .............................................. 155

3.45 CONECTORES DE LA ECM. ............................................................. 156

3.46 PINES DE LOS CONECTORES DEL ARNÉS AL ECM. .................... 156



XVIII

CAPÍTULO IV

PROCEDIMIENTO Y PRUEBAS DEL EQUIPO

4.1 INSTALACIÓN DEL OSCILOSCOPIO A CADA ELEMENTO............... 158

4.2 PANTALLA DE CALIBRACIÓN DEL OSCILOSCOPIO OTC ............... 159

4.3 INTERFAZ DE COMUNICACIÓN INLINE 5 CUMMINS ........................ 159

4.4 CIRCUITO EPS ..................................................................................... 160

4.5 PIN DE CONEXIÓN EPS....................................................................... 160

4.6 ONDA SENSOR EPS ............................................................................ 161

4.7 PIN DE CONEXIÓN EPS....................................................................... 161

4.8 ONDA SENSOR MAP ........................................................................... 162

4.9 PINES DE CONEXIÓN MAP ................................................................. 162

4.10 ONDA SENSOR OPS ......................................................................... 163

4.11 PINES DE CONEXIÓN OPS ............................................................... 163

4.12 ONDA SENSOR WTS ......................................................................... 164

4.13 PIN DE CONEXIÓN WTS .................................................................... 164

4.14 ONDA SENSOR IAT ........................................................................... 165

4.15 PIN DE CONEXIÓN IAT ...................................................................... 165

4.16 ONDA SENSOR OTS ......................................................................... 166

4.17 PIN DE CONEXIÓN OTS .................................................................... 166

4.18 ONDA SENSOR TPS .......................................................................... 167

4.19 PIN DE CONEXIÓN TPS ..................................................................... 167

4.20 SEÑALES SENSOR TPS Y SWITCH IVS ........................................... 168

4.21 PINES DE CONEXION SENSOR TPS Y SWITCH IVS ....................... 168

4.22 SEÑALES SENSOR TPS Y SWITCH IVS ........................................... 169

4.23 PINES DE CONEXION SENSOR TPS Y SWITCH IVS ....................... 169

4.24 MANUAL FAN ..................................................................................... 170

4.25 MANUAL FAN – ON ........................................................................... 170

4.26 ENGINE BRAKE ................................................................................. 171

4.27 ENGINE BRAKE SELECTOR 1 .......................................................... 171



XIX

4.28 ENGINE BRAKE SELECTOR 2 .......................................................... 172

4.29 IDLE – DIAGNOSTIC SWITCH ........................................................... 173

4.30 ONDA INYECTOR .............................................................................. 174

4.31 PINES DE CONEXIÓN INYECTOR ..................................................... 174

4.32 ONDA DE CORRIENTE DEL INYECTOR ........................................... 175

4.33 PINZA AMPEROMÉTRICA OTC. ........................................................ 176

4.34 PINZA AMPEROMÉTRICA OTC. ........................................................ 176

4.35 COMPARACIÓN DE CURVAS DEL INYECTOR. ............................... 176

4.36 ONDA FUEL SOLENOIDE ................................................................. 177

4.37 PIN DE CONEXIÓN FUEL SOLENOIDE ............................................. 177

4.38 COMPARACIÓN DE CAN HIGH Y CAN LOW .................................... 178

4.39 PINES DE CONEXIÓN CAN HIGH Y CAN LOW ................................ 178

4.40 CONEXIÓN DEL INTERFAZ INLINE AL SIMULADOR. ..................... 179

4.41 POWERSPEC. .................................................................................... 179



XX

ÍNDICE DE TABLAS

CAPÍTULO I

ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS UTIL IZADOSEN MOTORES DIESEL

1.1 CÓDIGO DE COLORES PARA TRES O CUATRO BANDAS DE LOSRESISTORES. ................................................................................................ 7

1.2 CÓDIGO DE COLORES PARA CINCO BANDAS DE LOS

RESISTORES ................................................................................................. 8

1.3 VALORES EXPONENCIALES PARA RESISTENCIAS SMD ................... 9

1.4 SENSIBILIDADES RELATIVAS DE TERMISTORES,TERMORRESISTENCIAS Y TERMOCUPLAS . ........................................... 12

1.5 CAPACITORES CERÁMICOS TIPO PLACA, GRUPO 1 Y 2. ................ 16

1.6 CAPACITORES CERÁMICOS TIPO DISCO, GRUPO 1. ........................ 17

1.7 CAPACITORES CERÁMICOS TIPO DISCO, GRUPO 2. ........................ 17

1.8 CÓDIGOS DE COLORES: CAPACITORES CERÁMICOS

TUBULARES. ............................................................................................... 18

1.9 CÓDIGOS DE MARCAS: CAPACITORES CERÁMICOS

TUBULARES. ............................................................................................... 18

1.10 CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE LOS CAPACITORES DE

PLÁSTICO. ................................................................................................... 19

1.11 CÓDIGOS DE COLORES: CAPACITORES DE PLÁSTICO. ................ 20

1.12 CÓDIGOS DE MARCAS: CAPACITORES DE PLÁSTICO. .................. 20

1.13 PRINCIPALES APLICACIONES DEL TRANSISTOR JFET. ................ 39

1.14 REFERENCIA ESPECIFICA DE UN TRANSISTOR DARLINTON...... 41

1.15 ESPECIFICACIÓN GENERAL PARA TRANSISTORES MOSFET. ...... 42

1.16 NÚMERO DE MÁSCARAS (INCLUYENDO LA PROTECCIÓN CONTRARAYADURAS) REQUERIDAS PARA DIFERENTES TECNOLOGÍAS ......... 45



XXI

CAPÍTULO II

CARACTERISTICAS OPERATIVAS DE LA ECM

2.1 OBD I VS. OBD II ................................................................................... 76

2.2 MENSAJE REAL BUS CAN. ................................................................ 113

2.3 CAN BUS ÁREA DE TRACCIÓN .......................................................... 118

CAPÍTULO III

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL SIMULADOR DE GESTIÓNELECTRÓNICA

3.1 SEÑALES DE LA ECM ......................................................................... 125

3.2 VOLTAJE DEL SENSOR MAP RESPECTO A LA PRESIÓN. .............. 126

3.3 RESISTENCIA DEL SENSOR RESPECTO A LA TEMPERATURA ..... 130

3.4 RESISTENCIA DEL SENSOR WTS RESPECTO A LA

TEMPERATURA ......................................................................................... 137

3.5 RESISTENCIA DEL SENSOR OTS RESPECTO A LA

TEMPERATURA ......................................................................................... 139

3.6 VOLTAJE DEL SENSOR OPS RESPECTO A LA PRESIÓN. .............. 141



RESUMEN

El avance tecnológico a dado un paso agigantado en las aplicaciones eléctricas yelectrónicas para la optimización de los sistemas de control de inyección en los

motores diesel creando la necesidad de contar con técnicos automotrices

especialistas en diagnóstico, reparación y repotenciación de los nuevos motores.

Hoy en día el servicio y mantenimiento a los diferentes sistemas y componentes

electrónicos de los motores a diesel en el país, sólo lo realizan los respectivos

concesionarios que cuenten con el equipo original para diagnóstico y pruebas de

estos sistemas, lo que origina costos muy elevados, y la adquisición de un sin

número de repuestos cuyo proceso de importación en ocasiones es muy extenso,

alargando el tiempo de parado de los automotores.

El presente proyecto se encuentra dividido en 4 capítulos donde se señalan los

aspectos más importantes para el desarrollo del mismo.

Así, en el Capítulo I constan los elementos eléctricos – electrónicos utilizados en

las computadoras automotrices ECM, de los cuales se puntualiza su

funcionamiento y aplicación.

En el Capítulo II, nos introducimos en los diferentes sistemas y componentes que

intervienen en la inyección electrónica en motores diesel.

En el Capítulo III, se encuentran todos los elementos tomados en cuenta como

referencia para el diseño y construcción del banco de pruebas, incluyendo sus

características y señales principales a probar.

Por último en el Capítulo IV, se encuentran establecidos los procedimientos,

funcionamiento y pruebas del equipo para que el operario empiece a diagnosticar

y luego esto conlleve a la reparación de las ECM siendo el objetivo principal del

proyecto.



2

PRESENTACIÓN

El presente trabajo ha sido realizado como un aporte de consulta para el

estudiante y profesional automotriz, interesado en el área de sistemas deinyección diesel Cummins tanto en la parte teórica y la práctica.

Tomando en cuenta satisfacer las necesidades de una comprobación y

verificación de computadores automotrices a inyección electrónica de motores

diesel en un tiempo mínimo y con resultados precisos, se ha creado este banco

de pruebas.

En el diseño y construcción se ha tomado en cuenta todos los accesorios y

elementos necesarios para simular los sensores y actuadores, encargados a la

vez de poner en funcionamiento a la ECM, además se ha dotado de entradas que

nos permiten realizar mediciones y comprobaciones en las facetas de diagnóstico.

El equipo realizado permitirá potencializar una de las cualidades más importantes

que debe poseer un técnico Automotriz que es su creatividad para realizar demanera óptima y eficiente, las comprobaciones y operaciones de reparación de

computadoras en vista de la falta de diagramación electrónica interna de la ECM,

de las cuales generalmente sólo se cuenta con los diagramas de los sistemas de

inyección electrónica.

Cabe destacar que el diagnóstico del computador es el último paso de los

procedimientos de verificación de los sistemas de inyección y sólo se debe

realizar después de un análisis preciso de los diferentes sistemas con los que

cuente un motor diesel, y realizar pruebas específicas para la determinación de

mal funcionamiento del computador.



3

CAPÍTULO I

ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOSUTILIZADOS EN MOTORES DIESEL

1.1. GENERALIDADES

Un vehículo a inyección electrónica diesel está constituido por varios sistemas

electrónicos, uno de ellos es la ECM1 la cual trabaja en equipo con sensores para

poner en funcionamiento a los actuadores; siendo todos estos componentes

fundamentales para el desempeño del vehículo. El control por computadora de un

sistema automotriz hace que este actúe y reaccione con más precisión y rapidez.

En el motor hay una serie de sensores que son los encargados de monitorear

todos los parámetros y condiciones de funcionamiento a través de la

determinación de valores de temperatura, presión, posición, flujo entre otras, la

mayoría de ellos se alimentan por señales de voltaje entregados por la ECM, a los

que se los llama voltaje de referencia, así mismo son capaces de entregar

señales características conocidas como voltaje de señal.

En la computadora, todos estos voltajes son interpretados por medio de conjuntos

de circuitos integrados programados los que a su vez comandan el

funcionamiento de los actuadores para lograr que el vehículo obtenga su correcto

funcionamiento en diferentes condiciones de manejo, brindando al usuario

beneficios importantes que van desde ahorro de combustible hasta los más bajos

índices de contaminación.

1 ECM: Módulo de Control Electrónico



4

1.2. INTRODUCCIÓN A LOS ELEMENTOS ELÉCTRICOS – ELECTRÓNICOS

En el presente capítulo, se realiza un estudio de los diferentes elementos pasivosy activos que intervienen en la conformación de los controladores electrónicos

diseñados para los sistemas de inyección diesel, que hoy en día ayuda al

diagnóstico y reparación de los controladores mencionados.

1.2.1 ELEMENTOS PASIVOS

1.2.1.1 RESISTENCIAS

“Los circuitos electrónicos necesitan incorporar resistencias. Por esto se fabrica

un tipo de componentes llamados resistores, cuyo único objeto es proporcionar en

un pequeño tamaño una determinada resistencia, especificada por el fabricante.

Hay resistencias de varios tipos. Los tipos más usuales son:

Figura 1.1 Resistencia de carbono de 0.25 a 4W

Figura 1.2 Resistencia bobinada cementada de 2 a 15W

Figura 1.3 Resistencia bobinada de gran potencia 10W en adelante



5

Bobinadas

Sobre una base de aislante en forma de cilindro se arrolla un hilo de alta

resistividad (Wolframio, Manganita, Constanta). La longitud y sección de hilo, así

como el material de que está compuesto, darán una resistencia. Esta suele venir

expresada por un número impreso en su superficie. Se utilizan para grandes

potencias, pero tienen el inconveniente de ser inductivas.

Aglomerados

Una pasta hecha con granulados de grafito (el grafito es una variedad del

carbono puro; la otra es el diámetro). El valor viene expresado por medio de

anillos de colores, con un determinado código.

De película de carbón

Sobre un cilindro de cerámica se deposita una fina película de pasta de grafito. El

grosor de ésta y su composición determinan el valor de la resistencia.

Pirolíticas

Similares a las anteriores pero con la película de carbón rayada en forma dehélice para ajustar el valor de la resistencia. Son inductivas.

Resistencias Variables

En ocasiones es necesario disponer de una resistencia cuyo valor se pueda variar

a voluntad. Son los reóstatos o potenciómetros. Se fabrican bobinados o de

grafito, deslizantes o giratorios. Se llaman potenciómetros cuando tienen un eje

giratorio, y resistencias ajustables cuando para variar se utilizan una herramienta.

Los potenciómetros se representan en los circuitos por:”2

2 Jesús Rueda Santander; Manual Técnico Full Injection; DISELI Editores, Guayaquil, 2005.



6

Figura 1.4 Resistencia Variables

A la hora de escoger una resistencia se debe tener en cuenta, además de su valor

óhmico, otros parámetros, como la máxima potencia que es capaz de disipar y la

tolerancia.

Respecto a la primera, es preciso considerar que una resistencia se calienta al

pasar por ella una corriente. Debido a esto, hace falta dimensionar el resistor de

acuerdo con la potencia calorífica que vaya a disipar en su funcionamiento

normal. Se fabrican resistencia de varias potencias nominales, y se diferencian

por su tamaño distinto. La tolerancia es un parámetro que expresa el error

máximo sobre el valor óhmico nominal con que ha sido fabricado un determinado

resistor.

Por ejemplo, una r esistencia de valor nominal 470Ω con una tolerancia del 5%,

quiere decir que el valor óhmico real de esa resistencia puede oscilar entre el

valor nominal más el 5% del mismo, y el valor nominal menos el 5%. Es decir

entre:

470 - 0,05 x 470 = 446,5

470 + 0,05 x 470 = 493,5

Si no se usan resistencias de alta precisión se define como la inversa de la

resistencia y se representa con la letra G. Por analogía con la resistencia, podría

decirse que la conductividad es la facilidad que un conductor ofrece al paso la

corriente a través del mismo.



7

RG

1 o

G R

1

La unidad de conductancia es el MHO (inverso de ohm), y se representa por la

letra omega inversa .

Código de Colores

Los valores óhmicos de las resistencias se suelen representar por medio de unos

anillos de colores, pintados en éstas. Suelen ser en números de cuatro, y su

significado es el siguiente:

Anillo 1: Primera cifra. Anillo 2: Segunda cifra.

Anillo 3: Número de ceros que siguen a los anteriores.

Anillo 4: Tolerancia.

Tabla 1.1 Código de colores para tres o cuatro bandas de los resistores.



8

Tabla 1.2 Código de colores para cinco bandas de los resistores

Algunos de los fabricantes más importantes en Estados Unidos, son TRW, Dale

Electronics, RCL y Ohmite.

Resistencias de montaje superficial SMD (Surface Mounted Devices)

Identificar el valor de una resistencia SMD es más sencillo que para una

resistencia convencional, ya que las bandas de colores son reemplazadas por sus

equivalentes numéricos y así se imprimen en la superficie de la resistencia, la

banda que indica la tolerancia desaparece y se la "reemplaza" en base al númerode dígitos que se indica, es decir; un número de tres dígitos nos indica en esos

tres dígitos el valor del resistencia, y la ausencia de otra indicación nos dice que

se trata de una resistencia con una tolerancia del 5%. Un número de cuatro

dígitos indica en los cuatro dígitos su valor y nos dice que se trata de una

resistencia con una tolerancia del 1%.



9

(a) (b)

Figura 1.5 Resistencia SMD a) Resistencia de tolerancia 5 b) Resistencia de tolerancia 1%

Tabla 1.3 Valores Exponenciales para resistencias SMD

Número Exponente

0 1

1 10

2 100

3 1000

4 10000

5 100000

6 1000000

7 100000008 100000000

9 1000000000

• Primer dígito: corresponde al primer dígito del valor

• Segundo dígito: corresponde al segundo dígito del valor

• Tercer dígito: (5%): representa al exponente, o "números de ceros" a agregar.

(Figura (a))

• Tercer dígito: (1%): corresponde al tercer dígito del valor. (Figura (b))

• Cuarto dígito: (1%): representa al exponente, o "número de ceros" a agregar.



10

Ejemplo 1: Resistencia con 3 dígitos (5%)

650

1º dígito = 6

2º dígito = 5

3º dígito = 0 =1

65 x 1 = 65ohms

332

1º dígito = 3

2º dígito = 33º dígito = 2= 100

33 x 100 =3300 ohms

Ejemplo 2: Resistencia con 4 dígitos (1%)

1023

1º dígito = 1

2º dígito = 03º dígito = 2

4º dígito = 3= 1000

102 x 1000 =102 Kohms

Ejemplo 3: resistencias (Leyendas poco usuales)

Primer caso: La resistencia con la leyenda 47, se le ha aplicado una costumbre

común en muchos fabricantes que es la de la supresión del cero innecesario. Es

decir estamos ante un resistor que normalmente debería tener estampado el

número 470 (47ohms), pero que se le ha quitado el 0 por conveniencia. Este es

un caso común prácticamente en todos los resistores con 2 cifras. Note que el

valor de resistencia indicado no hubiese cambiado, aún cuando tuviera

estampado el número 470 o 4700, solo su porcentaje de tolerancia o error.



11

Segundo caso: En la resistencia con la leyenda 1R00 la R representa al punto

decimal, es decir, deberíamos leer "uno-punto-cero-cero". Aquí el cuarto dígito no

sólo nos dice que se trata de un exponente cero sino que también su existencia

manifiesta la importancia de la precisión (1%). Se trata simplemente de un resistor

de 1 ohm con una desviación máxima de error de +/- 1%.

Tercer caso: (1R2) es similar al anterior, sin embargo a diferencia de éste se le

ha aplicado la supresión del cero por lo que deberíamos entender que se trata de

un resistor de 1.2 ohms con una tolerancia del 5% de error.

Cuarto caso: (R33), tenemos el valor 0.33 al cual se le suprimió el cero. Laausencia de un cuarto dígito nos dice que se trata de un resistor "común" de 0.33

ohm 5%.

Quinto caso: es uno de los más comunes y en general abundan en muchas

placas con dispositivos SMD. El 000 nos dice que se trata de un resistor de cero

ohm, es decir un simple conductor. Esto es debido a que la densidad del trazado

es tan alta que no queda otro remedio que recurrir al viejo "puente". En otroscasos estos componentes son usados como protección fusible aprovechando las

dimensiones reducidas del material conductor.

1.2.1.2 TERMISTORES

Los termistores están compuesto de una mezcla sintetizada de óxidos metálicos,el termistor es esencialmente un semiconductor que se comporta como un

"resistor térmico" con un coeficiente térmico de temperatura negativo de valor muy

elevado. La resistencia puede cambiar en dos órdenes de magnitud entre O y 100

°C, o hasta siete órdenes de magnitud desde -100 hasta 400 °C. Esto hace de los

termistores unos detectores de temperatura.



12

Tabla 1.4 Sensibilidades relativas de termistores, termorresistencias y termocuplas.

Los termistores más comunes con coeficiente térmico negativo NTC, (negative

temperature coefficient), se elaboran de materiales cerámicos, como los óxidos de

manganeso, cromo, níquel, cobalto, hierro, cobre y uranio. Con la adición de

pequeñas cantidades de ciertos metales, estos compuestos se convierten en

semiconductores (tipo p o tipo n) que experimentan un decremento en la

resistencia a medida que se activan térmicamente portadores extra. Habiendo

casos especiales de coeficiente positivo cuando su resistencia aumenta con la

temperatura y se los denomina PTC (Positive Temperature Coeficient).

El termistor se fabrica a partir de óxidos metálicos comprimidos y sintetizados. Los

metales utilizados son níquel, cobalto, manganeso, hierro, cobre, magnesio y

titanio, como típicas se pueden considerar las preparaciones de óxido de

manganeso con cobre y óxido de níquel con cobre . Modificando las proporciones

de óxido se puede variar la resistencia básica un termistor; se dispone de

termistores con resistencias básicas a 25 ºC desde unos pocos cientos hasta

varios millones de ohms.

Los termistores sirven para la medición o detección de temperatura tanto en

gases, como en líquidos o sólidos. A causa de su muy pequeño tamaño, se los

encuentra normalmente montados en sondas o alojamientos especiales que



13

pueden ser específicamente diseñados para posicionarlos y protegerlos

adecuadamente cualquiera sea el medio donde tengan que trabajar. Se los puede

adosar fácilmente o montar con tornillos, ir roscados en superficies o cementados.

Los alojamientos pueden ser de acero inoxidable, aluminio, plástico, bronce u

otros materiales.

Las configuraciones constructivas del termistor de uso más común son los

glóbulos, las sondas y los discos. Los glóbulos se fabrican formando pequeños

elipsoides de material de termistor sobre dos alambres finos separados unos 0,25

mm (fig. l). Normalmente recubiertos con vidrio por razones de protección, son

extremadamente pequeños (0,15 mm a 1,3 mm de diámetro) y ofrecen unarespuesta extremadamente rápida a variaciones de temperatura.

Figura 1.6 Termistores: a) NTC tipo disco; b) NTC tipo cilíndrico; c) PTC tipo disco; d) PTC tipo tornillo

Características

Los valores paramétricos y la resistencia se refieren a la resistencia a una

temperatura ambiente de 25 °C bajo condiciones de disipación de potencia

despreciable en el termistor. Si la disipación de potencia es suficientemente altapara incrementar la temperatura inicial del termistor inclusive en una pequeña

cantidad, la resistencia cambia. Entonces, la relación entre el voltaje aplicado y la

corriente es altamente no lineal. Para un termistor dado, estas curvas dependen

de la temperatura ambiente.

Los fabricantes especifican la resistencia sin disipación a 25°C. El intervalo

acostumbrado es de 10 Ω a 1 MΩ, con una tolerancia del 10 al 20%. La tolerancia



14

de la resistencia puede traducirse en una tolerancia de temperatura mediante una

curva de resistencia. Para indicar la variación de la resistencia con la temperatura,

es posible que se proporcione el coeficiente térmico (3 a 6% / °C), o bien el valor

β (2000 a 5000/K). Con frecuencia se especifica la relación de resistencias a 25°C

y a 125°C (típicamente, de 5 a 50). La disipación máxima de potencia varía de

10mW a 2W, con un factor de disipación térmica (inversa de la resistencia

térmica) de 0.1 a 25 mW/°C. Las constantes temporales térmicas varían de 0.5 a

150 s, dependiendo del tamaño y empaque.

Una aplicación importante de los termistores es como patrones de temperatura.

La calibración, referida a las normas de la National Bureau of Standards, puedeefectuarse a 0.0015°C. La estabilidad se encuentra dentro de 0.005°C por año.

Además de este empleo, los termistores se utilizan para compensación en

circuitos activos, regulación de voltaje y corriente, retrasos de tiempo, detección y

control, protección contra sobre tensiones y eliminación de chispas.

1.2.1.3 CAPACITORES

Se llama capacitor a un dispositivo que almacena carga eléctrica. El capacitor

está formado por dos conductores próximos uno a otro, separados por un

aislante, de tal modo que puedan estar cargados con el mismo valor, pero con

signos contrarios.

En su forma más sencilla, un capacitor está formado por dos placas metálicas o

armaduras paralelas, de la misma superficie y encaradas, separadas por unalámina no conductora o dieléctrico. Al conectar una de las placas a un generador,

ésta se carga e induce una carga de signo opuesto en la otra placa. Por su parte,

teniendo una de las placas cargada negativamente (Q-) y la otra positivamente

(Q+) sus cargas son iguales y la carga neta del sistema es 0, sin embargo, se dice

que el capacitor se encuentra cargado con una carga Q.



15

Los capacitores pueden conducir corriente continua durante sólo un instante (por

lo cual podemos decir que los capacitores, para las señales continuas, es como

un cortocircuito), aunque funcionan bien como conductores en circuitos de

corriente alterna. Es por esta propiedad lo convierte en dispositivos muy útiles

cuando se debe impedir que la corriente continua entre a determinada parte de un

circuito eléctrico, pero si queremos que pase la alterna.

Los capacitores se utilizan junto con las bobinas, formando circuitos en

resonancia, en las radios y otros equipos electrónicos. Además, en los tendidos

eléctricos se utilizan grandes capacitores para producir resonancia eléctrica en el

cable y permitir la transmisión de más potencia.

Además son utilizados en: ventiladores, motores de aire acondicionado, en

Iluminación, refrigeración, compresores, bombas de agua y motores de corriente

alterna, por la propiedad antes explicada.

Figura 1.7 Capacitor

Estos capacitores tienen una capacidad fija determinada por el fabricante y su

valor no se puede modificar. Sus características dependen principalmente del tipo

de dieléctrico utilizado, de tal forma que los nombres de los diversos tipos se

corresponden con los nombres del dieléctrico usado. De esta forma podemos

distinguir los siguientes tipos:

Cerámicos.

Plástico.

Mica.

Electrolíticos.



16

De doble capa eléctrica.

1.2.1.3.1 Capacitores de Cerámica

El dieléctrico utilizado por estos capacitores es la cerámica, siendo el material

más utilizado el dióxido de titanio. Este material confiere al condensador grandes

inestabilidades por lo que en base al material se pueden diferenciar dos grupos:

Grupo I: caracterizados por una alta estabilidad, con un coeficiente de

temperatura bien definido y casi constante.

Grupo II: su coeficiente de temperatura no está prácticamente definido y además

de presentar características no lineales, su capacidad varía considerablemente

con la temperatura, la tensión y el tiempo de funcionamiento. Se caracterizan por

su elevada permitividad.

Las altas constantes dieléctricas características de las cerámicas permiten

amplias posibilidades de diseño mecánico y eléctrico.

Tabla 1.5 Capacitores Cerámicos tipo placa, grupo 1 y 2.



17

Tabla 1.6 Capacitores Cerámicos tipo disco, grupo 1.

Tabla 1.7 Capacitores Cerámicos tipo disco, grupo 2.



18

Tabla 1.8 Códigos de Colores: Capacitores Cerámicos tubulares.

Tabla 1.9 Códigos de Marcas: Capacitores Cerámicos tubulares.



19

1.2.1.3.2 Capacitores de Plástico

Estos capacitores se caracterizan por las altas resistencias de aislamiento y

elevadas temperaturas de funcionamiento.

Según el proceso de fabricación podemos diferenciar entre los de tipo k y tipo MK,

que se distinguen por el material de sus armaduras (metal en el primer caso y

metal vaporizado en el segundo).

Según el dieléctrico usado se pueden distinguir estos tipos comerciales:

KS: styroflex, constituidos por láminas de metal y poliestireno como dieléctrico.

KP: formados por láminas de metal y dieléctrico de polipropileno.

MKP: dieléctrico de polipropileno y armaduras de metal vaporizado.

MKY: dieléctrco de polipropileno de gran calidad y láminas de metal vaporizado.

MKT: láminas de metal vaporizado y dieléctrico de teraftalato de polietileno

(poliéster).

MKC: makrofol, metal vaporizado para las armaduras y policarbonato para el

dieléctrico.

La tabla 1.10 muestra las características típicas de los capacitores de plástico:

Tabla 1.10 Características típicas de los capacitores de plástico.

TIPO CAPACIDAD TOLERANCIA TENSIÓN TEMPERATURA

KS 2pF-330nF +/-0,5% +/-5% 25V-630V -55ºC-70ºC

KP 2pF-100nF +/-1% +/-5% 63V-630V -55ºC-85ºC

MKP 1,5nF-4700nF +/-5% +/-20% 0,25KV-40KV -40ºC-85ºC

MKY 100nF-1000nF +/-1% +/-5% 0,25KV-40KV -55ºC-85ºC

MKT 680pF-0,01mF +/-5% +/-20% 25V-630V -55ºC-100ºC

MKC 1nF-1000nF +/-5% +/-20% 25V-630V -55ºC-100ºC



20

Tabla 1.11 Códigos de Colores: Capacitores de Plástico.

Tabla 1.12 Códigos de Marcas: Capacitores de Plástico.



21

1.2.1.3.3 Capacitores de Mica

El dieléctrico utilizado en este tipo de capacitores es la mica o silicato de aluminio

y potasio y se caracterizan por bajas pérdidas, ancho rango de frecuencias y alta

estabilidad con la temperatura y el tiempo.

1.2.1.3.4 Capacitores Electrolíticos

En estos capacitores una de las armaduras es de metal mientras que la otra está

constituida por un conductor iónico o electrolito. Presentan unos altos valores

capacitivos en relación al tamaño y en la mayoría de los casos aparecen

polarizados. Podemos distinguir dos tipos:

Electrolíticos de aluminio: la armadura metálica es de aluminio y el

electrolito de tetraborato armónico.

Electrolíticos de tantalo: el dieléctrico está constituido por óxido de tantalo y

nos encontramos con mayores valores capacitivos que los anteriores para

un mismo tamaño. Por otra parte las tensiones nominales que soportan son

menores que los de aluminio y su coste es algo más elevado.

Estos capacitores siempre indican la capacidad en microfaradios y la máxima

tensión de trabajo en voltios. Dependiendo del fabricante también pueden venir

indicados otros parámetros como la temperatura y la máxima frecuencia a la que

pueden trabajar. Tenemos que poner especial atención en la identificación de la

polaridad. Las formas más usuales de indicación por parte de los fabricantes son

las siguientes:

Figura 1.8 Capacitor electrolítico



22

1.2.1.3.5 Capacitores de Tantalio

Actualmente estos capacitores no usan el código de colores (los más antiguos,

si). Con el código de marcas la capacidad se indica en microfaradios y la máximatensión de trabajo en voltios. El terminal positivo se indica con el signo +:

Figura 1.9 Capacitor de Tantalio

1.2.1.3.6 Selección de Capacitores

El criterio más importante en la elección de capacitores para aplicaciones

particulares es el rendimiento, pero también es necesario considerar su

disponibilidad y precio. “Disponibilidad bajo pedido” suele significar grandes

demoras, cantidades limitadas, inexistencia de una segunda fuente y precios

elevados.

Las características generales de rendimiento son difíciles de especificar debido a

los continuos cambios en las líneas de productos como respuesta a las mejoras

tecnológicas y a los cambios en los mercados. También existe una amplia

superposición en las especificaciones entre las diversas familias de capacitores.

Por estas razones, algunas veces es difícil la elección de capacitores.

En los tamaños de intervalo mediano existen varias familias entre las cuales es

posible elegir. Sin embargo, factores como corriente de pico, CA ondulatoria y

requerimientos de polarización o no polarización pueden limitar la elección.



23

No suele disponerse de grandes valores de capacitancia en los voltajes nominales

más elevados, y voltajes elevados pueden implicar grandes dimensiones o

empaques diferentes. El voltaje nominal no necesariamente se correlaciona con el

voltaje real de disrupción. Valores pequeños de capacitancia requieren áreas de

electrodos pequeñas y, por tanto, poco prácticas, a menos que se utilicen

múltiples capas de dieléctrico, pero el fabricante puede especificar el mismo

voltaje de trabajo que el de otros capacitores en la misma línea de productos.

Por otra parte, debe hacerse hincapié en que la confiabilidad de un capacitor

aumenta a medida que se reduce el voltaje.

También existe un intervalo útil de frecuencias de familias de capacitores. La

frecuencia superior está limitada por la frecuencia de autorresonancia (que

depende parcialmente de la longitud de la punta), la resistencia equivalente en

serie y la disminución en el valor del capacitor.

La temperatura incide en las variaciones de la capacitancia, dependen de la

magnitud de la capacitancia, voltaje nominal, tipo de electrolito o impregnante, etc.

1.2.1.3.7 Capacitores para Circuitos Integrados

En los circuitos integrados monolíticos de silicio se emplean tres tipos de

capacitores:

1. Los elaborados con una capa altamente difundida, una capa de dióxido desilicio y un electrodo de aluminio.

2. Aquellos en los que se emplea una unión pn con polarización inversa.

3. Los que se fundamentan en la capacitancia parásita y en la capacitancia de

entrada a la compuerta de los transistores a base de semiconductores de

metal y óxido (MOS, del inglés metal oxide semiconductor). Este tipo se

utiliza en memorias de semiconductor y en lógica dinámica.



24

1.2.1.4 INDUCTORES

Los inductores son componentes pasivos que almacenan energía eléctrica en

forma de campo magnético y responden linealmente a los cambios de corriente.Por lo tanto, en presencia de una corriente contínua constante se comportan

como cortocircuitos. Sin embargo, sólo tiene importancia en un circuito eléctrico

cuando la corriente cambia con respecto al tiempo. Cuando la corriente aumenta

o disminuye, el efecto que se opone a este cambio se denomina inductancia (L) o

auto inductancia (La). Por consiguiente, la inductancia es provocada por un

campo magnético cambiante, producido por una corriente cambiante. La

inductancia en henrios (H) por vuelta de la bobina, puede expresarse como:

di

d

N

L s Ec. 1.1

Donde = flujo magnético, webers

i = Corriente. Ampers

N = Número de vueltas.

En general, los componentes inductivos son únicos en comparación con los

resistores y los capacitores, que existen en el mercado como productos

estándares, ya que aquellos suelen diseñarse para una aplicación específica. Sin

embargo, recientemente ha aparecido en el mercado una amplia variedad de

inductores como productos estándares debido a la tendencia a la miniaturización.

Los inductores con bajos valores de inducción suelen estar devanados en formas

no inductivas (núcleos de aire o fenólicos); los de valores medios, en núcleos de

hierro pulverizado; y los de elevados valores, en núcleos de ferrita.



25

1.2.1.4.1 Bobinas: Inductores en serie y paralelo

Bobinas en serie

En muchas ocasiones es necesario agrupar el valor de varias bobinas oinductores que están conectadas en serie o paralelo. Se presenta seguidamente

el método a seguir para su simplificación.

El cálculo del inductor o bobina equivalente de inductores en serie es similar al

método de cálculo del equivalente de resistencias en serie, sólo es necesario

sumarlas.

Figura 1.10 Diagrama en Serie de Bobinas

En el diagrama hay 3 inductores o bobinas en serie y la fórmula a utilizar es:

321 L L L LT Ec. 1.2

Para este caso particular, pero si se quisiera poner más o menos de 3 bobinas, seusaría la siguiente fórmula:

LN L L L LT ......321 Ec. 1.3

donde N es el número de bobinas colocadas en serie

Bobinas en paralelo

El cálculo de la bobina equivalente de varias bobinas en paralelo es similar al

cálculo que se hace cuando se trabaja con resistencias.

Figura 1.11 Diagrama en Paralelo de Bobinas

El caso que se presenta es para 3 bobinas y se calcula con la siguiente fórmula:

http://www.unicrom.com/Tut_bobina.asp


http://www.unicrom.com/Tut_resistencia.asp

http://www.unicrom.com/Tut_resistencia.asp






26

3

1

2

1

1

11

L L L LT Ec. 1.4

Pero la fórmula se puede generalizar para cualquier número de bobinas, con lasiguiente fórmula

LN L L L LT

1......

3

1

2

1

1

11

Ec. 1.5

donde N es el número de bobinas que se conectan en paralelo.

1.2.1.4.2 Inductores para Aplicaciones en Circuitos Integrados

La exactitud de fabricación de los componentes integrados es del orden del 10%.

Sin embargo, es posible mantener relaciones entre diversos componentes hasta

el 3% aproximadamente. Por ejemplo, si deben elaborarse dos resistores y la

relación de resistencia debe ser 4:1, esta relación puede obtenerse con un 3% de

exactitud, aun cuando puede haber errores del 10% en el valor de las resistencia.

La fabricación de inductores integrados no ha sido satisfactoria. Una de las

limitaciones de la tecnología de los circuitos integrados es la carencia de

inductores integrados, por consiguiente, siempre que es posible se evitan. En

muchos casos es posible eliminar la necesidad de elementos inductivos mediante

el empleo de una técnica conocida como síntesis RC. Si se requieren inductores

con Q mayor de 5 µH, se utilizan inductores discretos y se conectan de manera

externa con la pastilla de silicio. El tamaño físico de estos inductores suele sermucho mayor que el de la pastilla.

1.2.1.5 TRANSFORMADORES

“Un transformador es un dispositivo que transfiere energía de un circuito a otro

mediante inducción electromagnética. La inductancia mutua, previamente

mencionada, describe el principio básico implicado; es decir, los circuitos



27

mantienen su acoplamiento de tal modo que cualquier cambio de corriente en la

primera bobina, o bobina primaria, provoca un cambio de flujo que induce un

voltaje en la segunda bobina, o bobina secundaria. Cuando se conecta una carga

a la segunda bobina, este voltaje del secundario provoca una corriente de carga,

o corriente secundaria, que a su vez crea un contra flujo que provoca el

incremento de la corriente de la primera bobina en un intento de proporcionar más

flujo. Esta acción, denominada acción de transformador, provoca el paso de

energía del primario al secundario a través del medio del campo magnético

cambiante. Es posible utilizar un núcleo ferro magnético para obtener un

acoplamiento más estrecho.”3

1.2.1.5.1 Transformadores de Potencia

Los transformadores electrónicos de potencia suelen operar a una sola

frecuencia. Por lo general, las frecuencias son 50, 60 o 400 Hz. En Europa, 50 Hz

es lo común; 400 Hz es la frecuencia de alimentación de mayor empleo en

aeronáutica, 60 Hz en nuestro país. Sin embargo, los futuros transformadores

aeronáuticos operarán a mayores frecuencias a fin de reducir peso y tamaño. Lasconsideraciones para el diseño de transformadores de potencia están controladas

por:

Eficiencia

Ésta es la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada. El factor

de calidad de los transformadores de potencia está en función de las pérdidas del

núcleo y de las pérdidas óhmicas (por efecto Joule o en el cobre):

)100(% Pi

Po Ef Ec. 1.6

Las eficiencias típicas varían del 70 al 98%. Los grandes transformadores suelen

tener eficiencias superiores.

3 Demsey A; Electrónica Digital Básica; Ediciones Alfa omega, México, 1992, 280 págs.



28

Factor de potencia

El factor de potencia reviste particular interés en grandes transformadores, en los

que se consume una gran cantidad de potencia. El factor de potencia es

sencillamente el coseno del ángulo de fase o la razón de la potencia verdadera o

potencia real disipada (watts), entre la potencia aparente (volt-amperes):

Factor de potencia (PF) = cos θ =

VA

W

arente potenciaap

ipada poteniadis Ec. 1.7

Incremento de temperatura

Ésta es una especificación importante, ya que estipula la temperatura de

operación del dispositivo. Las pérdidas de potencia provocan aumento de

temperatura.

Regulación del voltajeEsta regulación se define como el cambio en magnitud del voltaje secundario a

medida que la corriente cambia desde carga cero hasta carga total, mientras se

mantiene fijo el voltaje primario. Por consiguiente, cuando la carga es cambiante,

se espera que el voltaje a través de la carga permanezca dentro de ciertos límites,

y la regulación se convierte en un factor importante en el diseño.

DesfaseEste es un factor importante en el diseño de transformadores de referencia. El

desfase permisible para condiciones específicas se establece en muchas

especificaciones. Es una función de la resistencia de CD del devanado primario,

la inductancia de fuga, y la impedancia del generador de activación. Por lo

general, es deseable un desfase mínimo.



29

Corriente de irrupción

Ésta es una función de la conmutación o el valor del voltaje. Pueden producirse

corrientes pico varias veces mayores que la corriente normal de excitación. Esta

corriente suele tener naturaleza transitoria y dura sólo unos cuantos ciclos de la

frecuencia de potencia. Después se estabiliza en la corriente normal de

excitación.

Inductancia de fuga

Como ya se ha dicho, la inductancia de fuga no representa una pérdida de

potencia. Consta de líneas de fuerza magnética que no cortan o acoplan ninguna

vuelta del devanado, por lo que no producen un voltaje utilizable. La inductanciade fuga afecta la regulación de voltaje. Mientras mayor sea dicha inductancia,

más deficiente será la regulación.

1.2.1.6 RELÉS

“Los relés electromagnéticos juegan un rol muy importante en muchos circuitos

eléctricos y electrónicos del automóvil. Estudiaremos las principalescaracterísticas del relé electromagnético, y demostraremos algunas aplicaciones

de los relés en circuitos automotrices. Al usar relés, es posible llevar a cabo un

número ilimitado de funciones de conmutación.

Una de las funciones más comunes del relé consiste en conmutar ON y OFF altas

corrientes, por medio de una corriente de activación mucho más pequeña.

El uso del relé es una verdadera obligación cuando deben controlarse altas

corrientes desde una ubicación distante. En este caso el relé puede ser

controlado por interruptores de baja potencia y por cables delgados.”4

4 Guerrero A; Fundamentos de Electrotecnia; Ediciones McGraw-Hill, Madrid, 1996.



30

Los relés de armadura pivotada tienen su armadura (elemento móvil el relé)

acanelada o abisagrada. La Figura 1.12 muestra la construcción de un relé simple

de armadura pivotada SPDT (unipolar de dos vías).

Figura 1.12 Estructura de un Relé

Los relés de lengüeta están construidos a partir de interruptores de laminillas

magnéticas. Los relés de lengüeta usan interruptores metálicos flexibles

encerrados en cápsulas de vidrio y movidos por magnetismo como elementos de

contacto.

En la figura 1.12 se muestra un relé de lengüeta básico. Cuando las lengüetas

están expuestas a un campo magnético generado por un electroimán o un imán

permanente, adoptan polaridades magnéticas opuestas y se atraen entre sí. Esto

cierra las puntas de las lengüetas, que son los contactos del relé, y que están

alineadas y se sobreponen con un pequeño entrehierro entre ellas.

La corriente que circula a través de la bobina produce un campo magnético que

causa que los contactos de lengüeta se cierren debido a la atracción magnética,

generada por un campo magnético producido en el extremo de cada lengüeta.

Dicho campo magnético es de signo opuesto en cada una de las dos lengüetas,

por lo que las puntas de las lengüetas se atraen entre sí y establecen contacto.

Las especificaciones técnicas de los relés contienen información acerca de la

tensión operativa nominal del relé, su capacidad máxima de portador de corriente,

su tensión de disparo y su tensión de reposo.



31

La tensión de disparo (o de activación) es la tensión mínima para la cual la

armadura se asienta contra el núcleo de la bobina.

La tensión de reposo (desaccionamiento o paso - vuelta - al reposo) es la tensión

máxima para la cual el relé retorna a su posición liberada o de reposo.

La tensión de disparo típica de un relé de 12 V es de aproximadamente 7 a 9

voltios. La tensión, de reposo es de aproximadamente 2 a 4 voltios.

Cuando el relé es energizado, la distancia entre la bobina electromagnética y la

armadura pivotada disminuye, y causa que el campo magnético sea mucho másintenso. Por eso se requiere una tensión menor para jalar de la armadura pivotada

y evitar su liberación.

1.2.2 ELEMENTOS ACTIVOS

1.2.2.1 DIODOS DE UNIÓN PN

La columna vertebral de la mayor parte de los dispositivos semiconductores, que

amplifican, conmutan o emiten radiación, es la unión pn. Esta unión, que se forma

colocando un semiconductor tipo p adyacente a un semiconductor tipo n, tiene la

propiedad de impedir el flujo de corriente en una dirección, al tiempo que permite

su paso en la otra dirección. Aunque es posible utilizar materiales diferentes para

los semiconductores tipo p y tipo n, formando de este modo una heterounión, la

mayor parte de las uniones pn se forman del mismo material, por ejemplo, silicio o

germanio.

El funcionamiento físico de una unión pn puede visualizarse si se recuerda que el

material tipo n tiene portadores de carga que en su mayor parte son electrones

(con carga negativa) y que el material tipo p tiene portadores de carga que en su

mayor parte son huecos (con carga positiva). Por consiguiente, si en la unión se

aplica una polarización, de modo que el lado p sea positivo y el n sea negativo,



32

los electrones serán atraídos por el material n hacia el lado positivo de la fuente, y

los huecos serán atraídos por la terminal negativa. Así, la corriente fluirá de un

lado a otro de la unión.

1.2.2.1.1 Tipos de Diodos

Diodos Varactor

Mientras que en algunas aplicaciones la capacitancia de la unión pn es una

amenaza, es una característica útil para aplicaciones en las que se requiere

capacitancia controlada por voltaje. Para tales aplicaciones es aconsejable que la

capacitancia varíe más rápidamente que el V-1/2 que se obtiene con uniones

abruptas. Es posible lograr una variación más rápida con el voltaje mediante el

empleo de una unión hiperabrupta. Con este dispositivo, construido con técnicas

epitaxiales controladas, es posible producir varactores cuya capacitancia varía

como la relación: 2V Vo

Diodos pin

Un diodo pin se construye con una capa de alta resistividad (silicio intrínseco)

colocada entre el material p y el material n. Tales diodos se caracterizan por una

capacitancia relativamente constante de la capa de agotamiento.

Diodos Zener.

Es un tipo especial de diodo que se diferencia del funcionamiento de los diodos

comunes, como el diodo rectificador (en donde se aprovechan sus características

de polarización directa y polarización inversa).

Estos diodos constituyen una clase de dispositivos de unión pn con un voltaje de

disrupción especificado; se pretende que operen a ese voltaje como fijadores del

nivel de tensión. En realidad, el mecanismo de disrupción es más a menudo en

avalancha que el de Zener, pero a dichos dispositivos se aplica el nombre

genérico de diodos Zener aun cuando esta designación no precisa la causa física

de la disrupción.



33

Los diodos Zener se aplican como reguladores de voltaje o como referencias de

voltaje. El voltaje de disrupción es un parámetro de especificación, como lo es la

resistencia dinámica del dispositivo.

1.2.2.1.2 Aplicaciones

Los diodos tienen muchas aplicaciones, pero una de las más comunes es el

proceso de conversión de corriente alterna (C.A.) a corriente continua (C.C), en

este caso se usa un diodo como rectificador.

Figura 1.13 Símbolo del Diodo

1.2.2.2 RECTIFICADORES

El rectificador es el elemento o circuito que permite convertir la corriente alterna

en corriente contínua. Esto se realiza utilizando diodos rectificadores, ya sean

semiconductores de estado sólido, válvulas al vacío o válvulas gaseosas como las

de vapor de mercurio.

El funcionamiento de este diodo, a grandes rasgos es la siguiente: En la zona

directa se puede considerar como un generador de tensión continua, tensión de

codo (0.5-0.7 V para el silicio y 0.2-0.4 V para el germanio). Cuando se polariza

en inversa se puede considerar como un circuito abierto. Cuando se alcanza la

tensión inversa de disrupción (zona inversa) se produce un aumento drástico de la

corriente que puede llegar a destruir al dispositivo.

Este diodo tiene un amplio margen de aplicaciones: circuitos rectificadores,

limitadores, fijadores de nivel, protección contra cortocircuitos, demoduladores,

mezcladores, osciladores, bloqueo y bypass en instalaciones fotovoltaicas, etc.



34

Figura 1.14 Curva característica de un Diodo Rectificador

Cuando usamos un diodo en un circuito se deben tener en cuenta las siguientes

consideraciones (a partir de las hojas de características suministradas por el

fabricante):

1. La tensión inversa máxima aplicable al componente, repetitiva o no (VRRR

máx. o VR máx., respectivamente) ha de ser mayor (del orden de tres

veces) que la máxima que este va a soportar.

2. La corriente máxima en sentido directo que puede atravesar al

componente, repetitiva o no (IFRM máx. e IF máx. respectivamente), he de

ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

3. La potencia máxima que puede soportar el diodo (potencia nominal) ha de

ser mayor (del orden del doble) que la máxima que este va a soportar.

1.2.2.3 TRANSISTORES

Es la acción de amplificación de corriente y flujo de portadores, en los artículos

dedicados a los diodos de unión pn se observó que cuando un diodo está

polarizado en sentido directo conduce corriente.

Cuando la unión directamente polarizada se coloca cerca (en una vecindad de

micrones) de una unión con polarización inversa, es posible obtener un dispositivo

con tres terminales, denominado transistor.



35

1.2.2.3.1 Características del Transistor Real

Las características del transistor ideal cambian significativamente durante la

operación del transistor real.

Los fenómenos físicos responsables de los cambios son:

1. La caída del voltaje resistivo a través del colector cuando fluye la corriente.

2. El estrechamiento de la región efectiva de la base a medida que la región

de agotamiento del colector penetra en la región de la base.

3. La caída de voltaje resistivo lateralmente a través de la base, que provocaque la corriente inyectada del emisor se acumule hacia el borde del emisor.

1.2.2.3.2 Tipos de Transistores de Potencia

1.2.2.3.2.1 Transistor BJT

Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo deencapsulado, así como el esquema de identificación de los terminales. También

tendremos que conocer una serie de valores máximos de tensiones, corrientes y

potencias que no debemos sobrepasar para no destruir el dispositivo. El

parámetro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crítico con la

temperatura, de modo que esta potencia disminuye a medida que crece el valor

de la temperatura, siendo a veces necesaria la instalación de un radiador o aleta

refrigeradora. Todos estos valores críticos los proporcionan los fabricantes en las

hojas de características de los distintos dispositivos.

Una forma de identificar un transistor NPN o PNP es mediante un polímetro: Este

dispone de dos orificios para insertar el transistor, uno para un NPN y otro para el

PNP. Para obtener la medida de la ganancia es necesario insertarlo en su orificio

apropiado, con lo que queda determinado si es un NPN o un PNP.



36

Figura 1.15 Transistor BJT

Zonas de funcionamiento del transistor bipolar:

ACTIVA DIRECTA: El transistor sólo amplifica en esta zona, y se comporta comouna fuente de corriente constante controlada por la intensidad de base (ganancia

de corriente).Este parámetro lo suele proporcionar el fabricante dándonos un

máximo y un mínimo para una corriente de colector dada (Ic); además de esto,

suele presentar una variación acusada con la temperatura y con la corriente de

colector, por lo que en principio no podemos conocer su valor. Algunos polímetros

son capaces de medir este parámetro pero esta medida hay que tomarla

solamente como una indicación, ya que el polímetro mide este parámetro para unvalor de corriente de colector distinta a la que circulará por el BJT una vez en el

circuito.

SATURACIÓN: En esta zona el transistor es utilizado para aplicaciones de

conmutación (potencia, circuitos digitales, etc.), y lo podemos considerar como un

cortocircuito entre el colector y el emisor.

CORTE: el transistor es utilizado para aplicaciones de conmutación (potencia,

circuitos digitales, etc.), y podemos considerar las corrientes que lo atraviesan

prácticamente nulas (y en especial Ic).

ACTIVA INVERSA: Esta zona se puede considerar como carente de interés. El

transistor PNP es complemento del NPN de forma que todos los voltajes y

corrientes son opuestos a los del transistor NPN. Para encontrar el circuito PNP

complementario:



37

1. Se sustituye el transistor NPN por un PNP.

2. Se invierten todos los voltajes y corrientes.

Figura 1.16 Regiones de operación del BJT.

1.2.2.3.2.2 Transistor FET (JFET)

Cuando seleccionamos un transistor tendremos que conocer el tipo de

encapsulado, así como el esquema de identificación de los terminales. También

tendremos que conocer una serie de valores máximos de tensiones, corrientes y

potencias que no debemos sobrepasar para no destruir el dispositivo. El

parámetro de la potencia disipada por el transistor es especialmente crítico con la

temperatura, de modo que esta potencia decrece a medida que aumenta el valor

de la temperatura, siendo a veces necesaria la instalación de un radiador o aleta

refrigeradora. Todos estos valores críticos los proporcionan los fabricantes en las

hojas de características de los distintos dispositivos. Zonas de funcionamiento del

transistor de efecto de campo (FET):

ZONA ÓHMICA o LINEAL: En esta zona el transistor se comporta como una

resistencia variable dependiente del valor de VGS. Un parámetro que aporta el



38

fabricante es la resistencia que presenta el dispositivo para VDS=0 (r ds on), y

distintos valores de VGS.

ZONA DE SATURACIÓN: En esta zona es donde el transistor amplifica y se

comporta como una fuente de corriente gobernada por VGS.

ZONA DE CORTE: La intensidad de drenado es nula (ID=0).

Figura 1.17 Zona de funcionamiento de JFET.

A diferencia del transistor BJT, los terminales drenador y surtidor del FET pueden

intercambiar sus papeles sin que se altere apreciablemente la característica V-I

(se trata de un dispositivo simétrico).

La operación de un FET de CANAL P es complementaria a la de un FET de

CANAL N, lo que significa que todos los voltajes y corrientes son de sentido

contrario.

Figura 1.18 Transistor JFET



39

Tabla 1.13 Principales aplicaciones del transistor JFET.

1.2.2.3.2.3 Transistor DARLINTON.

En muchos módulos de control electrónico se utiliza un transistor denominado

darlinton, el cual lo podemos analizar como dos transistores convencionales BJT

unidos, obteniendo así más capacidad de conmutación de corriente, en el escrito

inferior se da el fundamento físico que demuestra esta operación, son unas

ecuaciones muy sencillas que pueden ampliar el concepto de este transistor.

El transistor Darlinton es un tipo especial de transistor que tiene una alta ganancia

de corriente. Está compuesto internamente por dos transistores bipolares que se

conectan es cascada.



40

Figura 1.19 Transistor Darlinton con la identificación de las patillas y su estructura interna

El transistor T1 entrega la corriente que sale por su emisor a la base del transistor

T2. El encapsulado es una de las características en las que este transistor cambia

respecto a los convencionales BJT. Con las hojas de información DATASHETS es

muy fácil identificar sus terminales. En el caso de requerir sus propiedades

normales de operación éste mismo catálogo provee la información normal de

operación, o los valores máximos de parámetros de funcionamiento como serían

por ejemplo.

• Voltaje C – E

• Corriente Colector normal y máxima. • Frecuencia de Trabajo Máxima.

• Temperatura Máxima de Trabajo.

Figura 1.20 Tipo de encapsulado de un Transistor Darlinton

En el cuadro inferior se muestra una tabla usual para una referencia específica de

un transistor tipo DARLINTON.



41

Tabla 1.14 Referencia específica de un transistores Darlinton.

1.2.2.3.2.4 Transistor MOSFET.

El principal de estos transistores se denomina MOSFET M: Metal O:Oxido

S:Semiconductor. En la gráfica inferior se puede apreciar la presentación

comercial de unos de estos transistores en ella se puede apreciar la

denominación de sus terminales y también su configuración externa donde es

importante recalcar la característica de compuerta aislada, el encapsulado en elcaso Automotriz es tipo To 220 – 200 – 2P – 3P.

Figura 1.21 Transistor MOSFET



42

Pero las diferencias principales se generan en cuanto a poder de conmutación en

donde este tipo de transistores puede tener mayor ganancia. Es importante

observar por ejemplo el valor de corriente máximo y pulsante entre Drain –

Source, y el voltaje máximo soportado en estos terminales.

Tabla 1.15 Especificación general para transistores MOSFET.

En el valor de corriente se encuentra que en condiciones normales puede

comandar 20 A y en conmutación pulsante llegaría hasta 80 A y en el Voltaje D –

S sin problemas 450 V con lo cual un sistema de encendido podría ser activado

por este componente, en la gráfica 1.21 de los terminales se puede apreciar que

el montaje del componente es superficial SMD.

1.2.2.4 CIRCUITOS INTEGRADOS

Un circuito integrado o chip, es una pastilla muy delgada en la que se encuentra

una enorme cantidad (del orden de miles o millones) de dispositivos

microelectrónicos interconectados, principalmente diodos y transistores, además

de componentes pasivos como resistencias o condensadores. Su área es de

tamaño reducido, del orden de un cm² o inferior. Algunos de los circuitos

integrados más avanzados son los microprocesadores, que son usados en

http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_(componente)

http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador

http://es.wikipedia.org/wiki/Microprocesador

http://es.wikipedia.org/wiki/Condensador_el%C3%A9ctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_(componente)

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor

http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo



43

múltiples artefactos, desde computadoras hasta electrodomésticos, pasando por

los teléfonos móviles y en controladores del automovil. Los circuitos integrados

pueden dividirse convenientemente en dos tipos: bipolares y MOS. Las familias

bipolares incluyen los TTL, ECL e I2L. El análisis de las familias MOS se restringe

a los PMOS, NMOS y CMOS. En términos generales, los circuitos bipolares

tienen mayor disipación de potencia y mayor velocidad de conmutación.

Figura 1.22 Circuito integrado

1.2.2.4.1 Familias Bipolares

Una de las primeras familias lógicas en el mercado fue la TEL, y durante muchotiempo fue el caballo de batalla de la industria. Su fácil disponibilidad en un amplio

intervalo de circuitos SSI y MSI la hizo la elección del diseñador. Evidentemente,

se considera una ventaja para cualquier familia ser compatible con la TTL; es

decir, operar con una sola fuente de 5 V y a los mismos niveles lógicos.

Modificaciones a la compuerta lógica fundamental han dado mayor flexibilidad

adicional a la TTL, y el desarrollo de un Schottky de baja potencia la ha hecho

viable como tecnología LSI.

1.2.2.4.2 Familia Mos

Los circuitos MOS se producen desde mediados de la década de 1960. Los

primeros circuitos LSI fueron pastillas para calculadoras en las que se empleaba

un proceso de PMOS con compuertas metálicas. Aunque el rendimiento de los

PMOS es intrínsecamente inferior al de los NMOS debido a que sus portadores

http://es.wikipedia.org/wiki/Computador

http://es.wikipedia.org/wiki/Telefon%C3%ADa_m%C3%B3vil

http://es.wikipedia.org/wiki/Telefon%C3%ADa_m%C3%B3vil

http://es.wikipedia.org/wiki/Computador



44

mayoritarios (huecos) poseen menor movilidad, los PMOS se utilizaron

inicialmente porque no era posible fabricar productos NMOS estables de alta

calidad. Esta se convirtió en la tecnología LSI más económica. Sin embargo, se

considera obsoleta y no es un serio rival para los diseños VSLI. En los circuitos

LSI y en los primeros circuitos VSLI, la tecnología dominante es la NMOS. El

diseño creativo de circuitos y el avance en las técnicas de fabricación han dado

por resultado mejoras contínuas en cuanto a velocidad, densidad y rentabilidad.

Parece que la familia NMOS con carga de agotamiento y compuertas de silicio o

siliciuro continuará siendo ampliamente usada en el futuro previsible.

1.2.2.4.3 Elaboración de las Tabletas

Los lingotes se cortan en tabletas con el filo interno de una hoja dentada en forma

de disco con filos de diamante. A continuación las tabletas se esmerilan, graban y

pulen. Una cara es pulida hasta darle un acabado de espejo, mientras que la otra

se hace áspera a fin de que actúe como sumidero para los precipitados y las

imperfecciones del cristal. El borde puede redondearse a fin de minimizar la

astilladura y facilitar su manejo en el equipo de procesamiento automático.

1.2.2.4.4 Fabricación de Circuitos Bipolares

La fabricación de un circuito integrado bipolar típico empieza con una tableta tipo

p orientada en una dirección determinada, impurificada con boro, con resistividad

de entre 5 y 20Ω-cm. La primera etapa es la oxidación y de ahí se continúa a

través de procesos complejos de construcción total. A continuación se encuentranla cantidad de máscaras mínimas para cada tecnología.



45

Tabla 1.16 Número de máscaras (incluyendo la protección contrarayaduras) requeridas para diferentes tecnologías

1.2.2.4.5 Lógica Transistor-Transistor

Una compuerta ordinaria de lógica transistor-transistor (TEL) se fabrica con un

proceso. Se muestra una representación esquemática de una compuerta NAND

de dos entradas

Figura 1.23 Gráfico comparativo lógica transistor

1.2.2.4.6 Circuitos Integrados Híbridos

DE PELÍCULA GRUESA Y DE PELÍCULA DELGADA

En la industria de la microelectrónica no existe una definición generalmente

aceptada para los circuitos híbridos. Se tiende a clasificarlos por diseño,

fabricación y materiales, por función, o basándose en su empleo. El rasgo común



46

en todas las definiciones es la miniaturización de la manufactura del circuito

electrónico por otros medios diferentes a la ubicación de todas las funciones en

un solo circuito integrado semiconductor monolítico.

Un ejemplo típico de esto es la sustitución de un tablero de circuitos impresos que

tiene piezas discretas por un circuito híbrido, en el que se emplea uno de los

diversos métodos de encapsulado. La reducción del tamaño empleando técnicas

híbridas de construcción varía desde aproximadamente 5:1 hasta 20:1.

Figura 1.24 Construcción híbrida de película delgada

En la figura 1.24 observamos a cuatro grandes transistores de potencia

interdigitados. El híbrido es un cuadrado que mide 1 pulgada por lado y contiene 9

circuitos integrados, 25 transistores, 6 diodos, 18 capacitores. 53 resistores y 634

empalmes con alambre.

1.2.2.4.7 Métodos de Interconexión

Una vez que sobre el sustrato se han colocado las pastillas de los elementos

circuitales, las conexiones eléctricas deben efectuarse por lo general de las

pastillas a la metalización del sustrato. La mayoría de los diseñadores de híbridos

intentan efectuar tantas conexiones eléctricas de éstas como sea posible durante

el montaje de los elementos de la pastilla. Evidentemente, con el empleo de

técnicas como las de pastillas reversibles (o invertidas), pastillas de amortiguación



47

o dispositivos semiconductores por conexionado con vigas conductoras es posible

elaborar un híbrido completo sin operaciones adicionales de interconexión.

La energía para efectuar las interconexiones con alambre proviene de una

combinación de factores como la presión y el calor, la resistencia mecánica del

silicio establece el límite superior para la presión; ya que ésta no basta para

formar la unión, es necesario agregar calor. Este puede obtenerse calentando

todo el híbrido, calentando la herramienta de empalme, o empleando energía

ultrasónica. Los empalmadores de mayor uso en la actualidad para la

construcción de híbridos son los termosónicos, en los que se combina la presión,

una etapa de calentamiento para el híbrido y una herramienta de empalmeultrasónico. El empalmador termosónico se emplea para el alambre de oro, que

es el material predominante para empalmes de alambre en híbridos, debido a que

los parámetros de empalme para el alambre de oro no son tan críticos como los

del aluminio. Los empalmadores ultrasónicos se emplean para empalmar alambre

de aluminio.

Para hacer empalmes fiables con alambres es necesario contar con unasuperficie limpia. Recientemente se ha demostrado que es efectiva una limpieza a

base de plasma suave con argón o una mezcla de oxígeno y argón antes de la

operación de empalme.

1.2.3 GENERADORES DE ONDAS

1.2.3.1 OSCILADORES

Los osciladores son circuitos cuya salida es una señal periódica. La salida de un

oscilador puede ser una señal sinusoidal o no sinusoidal, por ejemplo, una onda

cuadrada o triangular. En esta sección se analizan diversos tipos de osciladores

sinusoidales y no sinusoidales.



48

1.2.3.1.1 Tipos de Osciladores

Osciladores sinusoidales

“Varias configuraciones de circuitos producen salidas sinusoidales incluso sin la

excitación por una señal de entrada.

También pueden ocurrir oscilaciones en un sistema de retroalimentación negativa.

Cuando se conectan varias etapas de amplificación formando una

retroalimentación negativa, los efectos reactivos en torno al ciclo pueden generar

un desfasamiento extra de 180°, lo que transforma la retroalimentación negativa

en positiva y puede provocar oscilación. Se utilizan circuitos compensadores paraevitar estas oscilaciones.

En este caso, la amplitud de la oscilación de salida aumentará al principio. El

aumento de amplitud está limitado por la no linealidad del dispositivo activo

asociado con el amplificador A. La oscilación puede ser iniciada por un voltaje

transitorio que se genera al activar la fuente de energía o bien por la presencia de

ruido. Aquí se describen algunos circuitos osciladores sinusoidales.

Osciladores no sinusoidales

La salida de un oscilador no sinusoidal puede ser una onda de forma cuadrada,

de pulso, triangular o en diente de sierra. Esta onda de forma puede ser generada

por amplificadores operacionales, comparadores, integradores, diferenciadores y

los circuitos asociados. El límite superior de velocidad utilizable es determinado

por el tiempo de respuesta de los dispositivos activos que se utilizan en el circuito.

Oscilador de desfasamiento

Un oscilador, en términos generales, requiere retroalimentación positiva en la cual

la señal de salida es enviada de regreso en fase para mantener la entrada. La

etapa de emisor común proporciona una inervación de fase de 180º entre la señal

de entrada en su base y la señal de salida en su colector. La red de

desfasamiento RC de tres etapas proporciona un desfasamiento extra de 180º,

que cumple la condición de ángulo de fase para la oscilación.



49

1.2.3.1.2 Estabilidad de los Osciladores

“Un oscilador se considera estable si su amplitud y su frecuencia de oscilación se

mantienen constantes durante la operación.

Cuando aumenta la amplitud de la señal de salida, el dispositivo activo reduce la

ganancia al valor que se requiera. Para que haya buena estabilidad, el cambio en

la ganancia con la amplitud del voltaje de salida debe ser grande, y un aumento

en la amplitud debe provocar que disminuya la ganancia. Esto es, ΔA/ΔV o debe

ser un número negativo grande para que un oscilador sea estable.”5

1.2.3.2 GENERADORES DE ONDAS CUADRADAS

Este circuito se conoce asimismo como multivibrador estable o autónomo debido

a que tiene dos estados cuasi estables.

Figura 1.25 Generador de ondas cuadradasDiagrama del circuito / forma de onda de salida

Es decir, la salida V0 permanece en un estado un tiempo T1 y después cambia

abruptamente al segundo estado por un tiempo T2. En consecuencia, el período

de la onda cuadrada es T = T1 + T2.

5 Usategui A; Microcontroladores PIC; Tercera Edición, Ediciones McGraw-Hill, Madrid,

2003, 357 págs



50

1.2.3.3 GENERADORES DE PULSOS

Las ondas de forma de pulsos suelen utilizarse en aplicaciones de cronometraje y

muestreo. En la figura 1.26 a la de onda cuadrada el resistor R4 del ciclo deretroalimentación negativa de la figura 1.26 (izq) se sustituye por una red de

diodos de resistencia.

Cuando la salida es positiva, D1 conduce y el capacitor C se carga a través de

R41., cuando la salida es negativa D2 conduce y el capacitor C se encarga de

R42. Si R41< R42, entonces T1<T2. De esta forma se obtienen pulsos en

dirección positiva. Si se invierten los diodos o si R42 < R41, entonces se obtienenpulsos en dirección negativa.

Figura 1.26 Generador de pulsos

1.2.4 ELECTRÓNICA DE MÓDULOS

1.2.4.1 GENERALIDADES

El Técnico Mecánico de hoy día, debe cumplir una serie de requisitos que hasta

hace unos años eran impensables. Cualquier automóvil moderno tiene

incorporado por lo menos un módulo que funcione en su interior con electrónica.

Para los modelos de alta gama esto se vuelve un poco mas complicado puesto

que aparecen muchos componentes que comandan cada vez más y más cosas y



51

dentro de estos módulos. No se encuentra sino sólo electrónica, es por eso que

en mitad de una reparación en algún momento el técnico debe analizar un circuito

o diagnosticar si cambiar o no un módulo. Por esta razón se explica este tema con

un enfoque muy práctico, desde el punto de vista del técnico mecánico que

requiere una solución a su problema con una reparación bien realizada o un

reemplazo lógico para un determinado componente averiado.

1.2.4.2 ANÁLISIS DE LAS FUNCIONES BÁSICAS

Lo primero que se debe tener en cuenta antes de entrar en detalles de

reparaciones del ECM, es la relación eléctrica que existe entre el voltaje la

resistencia y el amperaje.

Todos los componentes existentes están compuestos por electrones, la corriente

eléctrica es el movimiento de estos electrones. Para este movimiento se hace

necesario una fuerza que los impulse y la cantidad de fuerza necesaria para

impulsarnos depende del componente mismo, el cual puede ofrecer mucha o

poca capacidad para que de acuerdo a esa fuerza aplicada circulen los

electrones.

Esta capacidad de dejar pasar los electrones es conocida como conducción en

electricidad, se presentan diferentes materiales los cuales pueden ser tan buenos

conductores como los filamentos de cobre de los cableados de conexión entre el

ECM y sensores o tan malos conductores como el recubrimiento plástico que los

protege.

Otro tipo de materiales en electrónica son considerados como semiconductores

es decir conducen sólo en condiciones específicas, es el caso por ejemplo de un

diodo, el cual deja pasar la corriente sólo en un sentido, o los transistores los

cuales permiten la conmutación sólo cuando reciben una señal eléctrica. Lo más

importante en este punto es conocer que es lo que pasa cuando un circuito

eléctrico esta formado.



52

1.2.4.3 PARTES DE UN MÓDULO ELECTRÓNICO DE CONTROL

Un módulo de control como por ejemplo el PCM6 de un vehículo, esta compuesto

por una gran cantidad de circuitos y componentes que en muchos casos nisiquiera son de carácter comercial, lo importante al momento de tratar de reparar

un módulo es identificar que sector del mismo es el que se encuentra con algún

problema y sobre esa base tratar de analizar cuál puede ser una efectiva solución,

Tan importante como buscar un reemplazo en una casa electrónica de acuerdo a

una referencia es saber que tipo de control o señal eléctrica maneja un

determinado circuito, puesto que si no se encuentra un componente en particular

podríamos pensar en un reemplazo de acuerdo a la cantidad de corriente, elvoltaje o la frecuencia entre otros parámetros que el módulo controle o reciba de

un actuador o un sensor.

En general un módulo de control esta compuesto por elementos periféricos y

elementos de procesamiento. Dentro de los elementos periféricos podemos

encontrar dos circuitos:

Circuito de alimentación o fuente.

Circuitos de Control.

Procesamiento de Datos.

1.2.4.4 CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN O FUENTE

Este circuito esta diseñado para proteger el módulo y mantener un nivel de

tensión estable al interior del mismo en los elementos de procesamiento no se

permite cambios en los niveles de tensión recordemos que en un automóvil el

sistema de carga se caracteriza por los cambios de voltaje.

Un circuito fuente esta conformado por componentes encargados de proteger,

estabilizar y regular los niveles de tensión y corriente dentro de los elementos más

usuales tenemos los siguientes:

6 PCM: Power Control Module. Computadora que controla la gestión de motor y transmisión.



53

• Diodos Rectificadores y Zenner.

• Condensadores.

• Reguladores de Tensión.

• Varistores.

• Resistencias.

En el siguiente gráfico se puede observar una fotografía de un circuito fuente.

Figura 1.27 Fuente ECM Cummins

Una de las características con la que se puede identificar un circuito fuente es que

siempre están muy cerca de los pines de conexión y además son los

componentes de mayor tamaño puesto que manejan una cantidad de corriente

considerable.

1.2.4.5 CIRCUITOS DE CONTROL

Los circuitos de control dentro de un módulo eléctrico están básicamente

diseñados para controlar los actuadores como por ejemplo los inyectores las

bobinas las válvulas de marcha mínima los relevadores entre otros, estos circuitos



54

deben cumplir con requisitos de manejo de potencia puesto que la corriente que

se maneja en muchos de ellos alcanza los 5 amperios y los voltajes operados

pueden llegar a picos de hasta 400V dentro de los principales componentes que

hacen partes de estos circuitos tenemos:

• Transistores.

• Circuitos integrados de control (DRIVER´S).

Figura 1.28 Circuito de Control ECM Cummins

Una de las características que podrían ayudar a identificar este tipo de circuitos es

que siempre manejan pistas de gran tamaño y generalmente están dispuestos enlugares de fácil disipación de calor como láminas de hierro o chapas disipadoras.

Ahora otra parte podría analizar los elementos que hacen parte del procesamiento

de los datos.



55

1.2.4.6 PROCESAMIENTO DE DATOS

En esta parte de circuito encontramos la parte lógica y operacional del módulo en

donde se encuentran almacenados los datos de funcionamiento (Memoria), y endonde existe un componente que es encargado de operar todos los controles y

señales del módulo (Procesador), estos dos componentes ayudados de muchos

circuitos integrados como conversores análogos digitales, se encargan de

gestionar cada una de las funciones del módulo de control de acuerdo al

requerimiento o señal enviada por parte de los sensores o sistemas que requieran

una operación cualquiera del módulo en la siguiente imagen se puede apreciar

una imagen de elementos de este circuito.

Figura 1.29 Procesamiento de Datos ECM Cummins

El procesador siempre se encuentra muy cercano a la memoria y cercano al

procesador se va a encontrar el cristal del procesador.

En algunos casos se puede encontrar que la memoria y el procesador se

encuentran ubicados en un mismo componentes a este arreglo se le denomina

Microcontroladores.



56

1.2.5 FUNCIONES DIGITALES

Ya se analizaron algunos dispositivos de lógica, tales como las compuertas y

multivibradores biestables, que suelen describirse como circuitos integrados apequeña escala (SSI). Los circuitos que constan de interconexiones de varias

compuertas, multivibradores biestables o ambos, que constituyen dispositivos de

integración a mediana escala (MSI) comúnmente usados como bloques

fundamentales de los sistemas digitales. Entre éstos se incluyen los contadores,

cronómetros, codificadores, decodificadores y la unidad lógica y aritmética. Se

presentan ejemplos para indicar la diversidad de dispositivos disponibles,

dándose algunas aplicaciones que ilustran la forma en que el uso de estosdispositivos reduce el costo total del paquete del sistema.

1.2.5.1 TEMPORIZADOR

Un cronómetro o circuito de sincronización es un dispositivo diseñado

principalmente para generar retardos ajustables de tiempo (temporizadores). El

más común es el multivibrador monoestable. En su forma usual, el multivibradormonoestable (o univibrador, de un disparo, como a menudo se llama) produce

como respuesta a un cambio en el nivel de voltaje en su entrada, un pulso de

voltaje de duración ajustable. El pulso puede ser en sentido positivo o negativo

según el circuito, y en un conjunto de condiciones dadas tiene amplitud constante.

La duración del pulso se establece típicamente por medio de la elección

apropiada de los valores de un resistor y un capacitor. Se dispone de varios tipos

de cronómetros (temporizadores) en forma de circuito integrado.

Cuando el cronómetro se encuentra en el estado normal, el enganchador R-S

está en el estado 0, y la salida resultante HIGH en Q retiene el transistor T, en

saturación, lo cual impide, a su vez, que el capacitor externo C se cargue. En esta

condición la salida del cronómetro en la punta de contacto es LOW, puesto que se

conecta a Q a través del inversor, que es compatible con TTL cuando la pastilla

se polariza con Vcc = 5 V. Las salidas de ambos comparadores 1 y 2 son LOW



57

porque sus entradas de inversión son más positivas que las de no inversión. Un

pulso en sentido negativo en que tenga la amplitud suficiente para activar la punta

de contacto 2 desde Vcc hasta menos de V/3 conmutará el comparador 2,

colocando el enganchador en el estado 1 como podemos observar en la

arquitectura interna de un circuito integrado figura 1.31.

1.2.5.2 MEDICIONES ANALÓGICAS

“Pese a que los sistemas de control y microprocesadores digitales han hecho

avances en los sistemas de control angulares, los ángulos todavía se deben

medir. Los sincronizadores, resolvedores y potenciómetros de inducción siguen

siendo algunos de los transductores angulares más exactos.

1.2.5.3 MEDICIONES DIGITALES

Se aplican dos métodos básicos para obtener mediciones digitales de la posición

o el ángulo de un sistema:

Primer método.- En este método interviene la conversión de un transductor

analógico básico en un sistema de medición digital, mediante el uso de un

convertidor de analógico a digital y agregando al transductor la lógica de

control asociada necesaria.

Segundo método.- Es el uso de un transductor digital que proporciona

salidas digitales en forma directa.

Si una medición de salida analógica de una sola señal es lineal, se puede emplear

un convertidor de analógico a digital para producir la salida digital deseada. La

salida digital consta de N líneas resultantes de la línea de entrada analógica

única. A continuación se analizan los convertidores de analógico a digital.



58

Si la medición analógica no es lineal o si varias señales codifican la salida

analógica (p. ej., un sincronizador de tres polos o un resolvedor de cuatro polos),

debe emplearse un convertidor digital especializado. Un ejemplo común es el

convertidor de sincro a digital que se analizó. Las tres salidas del sincro de CA

moduladas en amplitud son procesadas electrónicamente por el convertidor de

sincro a digital para producir una salida digital de N bits. Con TTL (lógica

transistor-transistor), los niveles de voltaje típicos son O (= O a 0.4 V) y 1 (= 2.4 a

5.5 V). En este caso las entradas son tres señales de CA y un voltaje de CA de

referencia, y las salidas son N líneas digitales. La exactitud global de este sistema

debe ser menor que la exactitud básica del transductor analógico, que determina

el número requerido de bits N de la salida digital. Si se proporcionan más bits sedará mayor resolución (con mayor complejidad y costo), pero no mayor exactitud.

Para un sincronizador exacto a 6 arc-min, la resolución máxima que se necesita

es:

Ec. 1.7

El número de bits correspondiente de resolución N que se necesita es:

Ec. 1.8

Por tanto, 12 bits es la resolución digital más grande que se requiere para lograr

la exactitud analógica. Sin embargo, los inevitables errores de conversión

reducirán la exactitud final. Diez bits podría ser una resolución fácilmente

obtenible. Los convertidores más habituales de sincro a digital tienen resolución

de 10, 12, 14 y 16 bits para una entrada de 360°.



59

Cualquiera de los métodos analógicos que se analizaron para la medición de la

posición o el ángulo de un sistema puede adaptarse para producir un resultado

digital mediante el uso de los procedimientos que se acaban de analizar.

1.2.5.4 MEDICIONES DIGITALES DIRECTAS

Los transductores de medición del ángulo y la posición, que producen N salidas

digitales en forma directa, a menudo se denominan codificadores. El más común

es el codificador digital del ángulo del eje. A menudo se aplican otros métodos de

detección, tales como la detección magnética, los contactos eléctricos de

frotamiento con escobillas o cualquier otro esquema de conmutación que se

ajuste a los requisitos físicos. Los codificadores fotoeléctricos del ángulo del eje

son comunes, debido a que los discos con código pueden producirse de manera

rápida, exacta y económica por métodos fotográficos.

El codificador fotoeléctrico del ángulo del eje opera como se indica a continuación.

El disco rotatorio contiene N pistas concéntricas. Frente a cada pista, por un lado

hay un dispositivo fotosensible, que suele ser un fotodiodo o un fototransistor. Enel otro lado del disco, una fuente de luz única ilumina las N pistas con un haz de

luz estrecho y colimado.

Siempre que una pista dada está despejada, se ilumina el fotodiodo o

fototransistor correspondiente, y cuando la pista está opaca no hay iluminación.

Este encubrimiento de la luz permite una acción de conmutación digital. Se

deberá tener cuidado de asegurarse de que un fotoelemento específico reciba luzde una y sólo una pista. Los patrones de opacidad de cada pista siguen los

patrones binarios de la tabla de verdad del código específico que se codificará. En

el código Gray o código binario reflejado solamente cambia un bit a la vez entre

estados sucesivos, mientras que en el código binario directo todos los bits

cambian cuando la cuenta pasa del máximo a cero, y diversas combinaciones de

bits cambian en cuentas intermedias. Así, el dispositivo de código Gray está

sujeto a menos errores.



60

1.2.5.5 CONTEO DE PULSOS

En un sistema de medición con conteo de pulsos, un patrón de una sola pista

capaz de producir una acción de conmutación se fija a un disco o a un elementolineal parecido a una regla. Esto corresponde a la pista más rápidamente

alternante. Las otras pistas no se utilizan. A medida que la pista de conmutación

se desplaza respecto al elemento de conmutación, este último produce un patrón

digital 101010... Cada transición corresponde a medio periodo del patrón de la

pista de conmutación. Si el patrón es un 1 óptico, con bandas alternativamente

opacas y claras espaciadas 1 mm, ocurre una transición de pulso (de 1 a O o de

O a 1) por cada desplazamiento de 1 mm de la pista óptica. Si se cuentan lospulsos y se conoce de antemano la dirección de movimiento, es posible

determinar el desplazamiento total del elemento en movimiento. Obsérvese que

este esquema de conteo de pulsos por sí solo, no puede determinar la dirección

de movimiento. Si se utilizan dos pistas, con el código 00, 01, 11, 10, 00, 01, 11,

10, 00 es posible determinar la posición y la dirección, ya que la secuencia de

conmutación de los bits es diferente en la rotación hacia adelante y hacia atrás.

Por ejemplo, considérese el código 11. Si el código siguiente es 10, ha ocurrido

una rotación hacia adelante, mientras que si el código siguiente es 01, ha ocurrido

una rotación hacia atrás. Este es un código Gray de dos bits.”7

Circuito Integrado 555

“Es un circuito de sincronización monolítico que tiene una amplia variedad de

aplicaciones, conoceremos la arquitectura de intervalos y dos modos de

operación básicos (monoestable y astable) del CI de sincronización 555.

Figura 1.30 Circuito Integrado 555

7 Tavernier C; Microcontroladores de 4 y 8 Bits; Editorial Paraninfo, Madrid, 1995, 234 págs.



61

Arquitectura interna del 555

El CI encapsulado de sincronización 555 consta de dos comparadores de voltaje

(los comparadores de umbral y disparador), un multivibrador de control (flip –

flop), un transistor de descarga QD, una red divisora de voltaje de resistores y un

compensador (buffer) inversor de salida. La red resistiva, que consta de tres

resistores iguales (5k cada uno), actúa como un divisor de voltaje que produce los

voltajes de referencia para ambos comparadores, según se indica. Las salidas de

los comparadores se aplican al multivibrador R-S. Cuando el voltaje del

disparador cae por debajo de 1/3 Vcc, el comparador disparador coloca (fija) el

multivibrador R – S, que lleva la salida a un estado “alto”. En operaciones

normales, la punta de contacto del umbral monitor iza el voltaje del capacitor delcircuito de sincronización RC. Cuando dicho voltaje excede de 2/3 Vcc, el

comparador de umbral recoloca el multivibrador, llevando la salida a un estado

“bajo”.

En este momento, el transistor QD se activa y descarga el capacitor de

sincronización externo. Ahora se ha completado el ciclo de sincronización. El

siguiente ciclo de sincronización da comienzo cuando llega otro pulso negativo ala entrada de disparo.

Figura 1.31 Arquitectura Interna del CI 555



62

Operación monoestable (un disparo)

Inicialmente, antes de que dé comienzo la serie de eventos, el multivibrador de

control mantiene el transistor QD “encendido”, haciendo que el capacitor externo

C1 se ponga en cortocircuito a tierra. Cuando el comparador disparador detecta

un voltaje menor que 1/3 Vcc (en el borde negativo), se coloca el multivibrador de

control, liberando el cortocircuito de C1 al apagar QD. En este momento, la

salida pasa al estado “alto”. El voltaje entre las terminales de C1 comienza a

aumentar exponencialmente hacia Vcc con una constante de tiempo de R1C1.

Cuando este voltaje llega a 2/3 Vcc, el comparador de umbral recoloca el

multivibrador. Este a su vez, enciende Q1 y descarga C1 , y la salida pasa alestado “bajo”. Por tanto el sincronizador regresa a su estado “de espera” inicial,

hasta que llegue otro pulso de entrada disparador en dirección negativa.

Figura 1.32 Operación monoestable del CI 555

El tiempo de monoestable es: 31.1 C R A

Operación aestable (libre u oscilatoria)

Obsérvese que la entrada de disparo ahora está ligada a la punta de umbral y que

se agrega una resistencia, R2.



63

Cuando se aplica la energía al circuito, el capacitor C1 se descarga, haciendo que

el disparador quede en el estado “bajo”. Esto dispara en forma automática el

sincronizador, que carga el capacitor a través de R1 y R2. Cuando el voltaje del

capacitor llega al nivel umbral de 2/3 Vcc, la salida pasa al estado “bajo” y se

activa QD. El capacitor de sincronización se descarga ahora a través de R2. Tan

pronto como el voltaje presente en el capacitor cae al nivel de 1/3 Vcc, el

comparador disparador coloca el multivibrador y vuelve a disparar el

sincronizador en f orma automática.” 8

Figura 1.33 Operación aestable del CI 555

El tiempo de carga es:

C R RT B A H )(693.0

El tiempo de descarga es:

C RT B L 693.0

La frecuencia es:

C R RT T f

B A L H )2(

44.11

8 www.chipdoc.com

http://www.chipdoc.com/

http://www.chipdoc.com/



64

CAPÍTULO II

CARACTERÍSTICAS OPERATIVAS DE LA ECM

2.1 INTRODUCCIÓN AL SISTEMA DE INYECCIÓN DIESEL

2.1.1 MOTOR DIESEL

El motor diesel es un motor térmico de combustión interna en el cual el encendido

se logra por la temperatura elevada que produce la compresión del aire en elinterior del cilindro. Fue inventado y patentado por Rudolf Diesel en 1892, del cual

deriva su nombre.

Un motor diesel funciona mediante la ignición del combustible al ser inyectado en

una cámara o precámara, en el caso de inyección indirecta de combustión que

contiene aire a una temperatura superior a la temperatura de autocombustión, sin

necesidad de chispa. La temperatura que inicia la combustión procede de laelevación de la presión que se produce en el segundo tiempo motor, la

compresión. El combustible se inyecta en la parte superior de la cámara de

compresión a gran presión, de forma que se atomiza y se mezcla con el aire a alta

temperatura y presión. Como resultado, la mezcla se quema muy rápidamente.

Esta combustión ocasiona que el gas contenido en la cámara se expanda,

impulsando el pistón hacia abajo. La biela transmite este movimiento al cigüeñal,

al que hace girar, transformando el movimiento lineal del pistón en un movimiento

de rotación.

2.1.2 CUMMINS

Cummins Inc. es una corporación de negocios complementarios que se encarga

del diseño, fabricación, distribución y servicios de diesel y gas natural, motores y

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_t%C3%A9rmico

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_interna

http://es.wikipedia.org/wiki/Compresi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Cilindro_(motor)

http://es.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Diesel

http://es.wikipedia.org/wiki/1892

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_autocombusti%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Biela

http://es.wikipedia.org/wiki/Cig%C3%BCe%C3%B1al

http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Diesel_engines&prev=/search%3Fq%3Dwikipedia%2Bcummins%26hl%3Des&usg=ALkJrhicdItFjx-tlqxXcN5YzW7wwDAEEw

http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_gas&prev=/search%3Fq%3Dwikipedia%2Bcummins%26hl%3Des&usg=ALkJrhi8h5hzND5LjCh1I4tBggmvINvsKQ

http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Engines&prev=/search%3Fq%3Dwikipedia%2Bcummins%26hl%3Des&usg=ALkJrhjFovuFsjKBaAzdNvnOvEaN9cczsA

http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Engines&prev=/search%3Fq%3Dwikipedia%2Bcummins%26hl%3Des&usg=ALkJrhjFovuFsjKBaAzdNvnOvEaN9cczsA

http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_gas&prev=/search%3Fq%3Dwikipedia%2Bcummins%26hl%3Des&usg=ALkJrhi8h5hzND5LjCh1I4tBggmvINvsKQ

http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Diesel_engines&prev=/search%3Fq%3Dwikipedia%2Bcummins%26hl%3Des&usg=ALkJrhicdItFjx-tlqxXcN5YzW7wwDAEEw

http://es.wikipedia.org/wiki/Cig%C3%BCe%C3%B1al

http://es.wikipedia.org/wiki/Biela

http://es.wikipedia.org/wiki/Pist%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura_de_autocombusti%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/1892

http://es.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Diesel

http://es.wikipedia.org/wiki/Cilindro_(motor)

http://es.wikipedia.org/wiki/Compresi%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_combusti%C3%B3n_interna

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_t%C3%A9rmico



65

tecnologías relacionadas, incluyendo sistemas de combustible, controles, manejo

de aire, filtración, soluciones de emisión y la generación de energía eléctrica.

Cummins sirve a sus clientes a través de una red de compañías y distribuidores

independientes aproximadamente en 5200 distribuidores en más de 190 países.

Cummins proviene del nombre del inventor-mecánico Clessie Cummins, que fue

uno de los actores clave en la fundación de la empresa. Fue respaldado

financieramente por el inversionista William Irwin, a partir de 1918, para la mejora

en los actuales diseños de motores diesel de ese entonces.

2.1.3 MOTOR CUMMINS N14

El motor Cummins N14 es un motor diesel de combustión interna de 4 tiempos de

10 a 12 litros post enfriado de carga de aire, turbo cargado de 11 litros, un

diámetro de 4.921 in, una carrera de 5.787 in, un peso seco de 959 Kg, inyección

directa de doble pulso controlado electrónicamente lo que hace que el consumo

de combustible sea mínimo en rangos de operaciones altos. Pistones articulados

de tres piezas, válvulas y asientos de válvulas rediseñados para mejorar el

llenado y desalojo de gases, árbol de levas perfilado y micro terminado. Avances

electrónicos en el módulo de control electrónico que mejora la eficiencia de

combustible haciéndolo un motor mucho más flexible.

Figura 2.1 Motor Cummins N14

http://64.233.179.104/translate_c?hl=es&sl=en&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Clessie_Cummins&prev=/search%3Fq%3Dwikipedia%2Bcummins%26hl%3Des&usg=ALkJrhg5SDnMCPR9CVYb1oTxIelDaog8bA





66

2.2 CLASIFICACIÓN GENERAL

Dentro de los motores de inyección directa hay que distinguir tres sistemas

diferentes a la hora de inyectar el combustible dentro de los cilindros.

2.2.1 MEDIANTE BOMBA DE INYECCIÓN

a) Bomba de inyección en línea.

Estas bombas disponen por cada cilindro del motor de un elemento de bomba que

consta de cilindro de bomba y de émbolo de bomba. El émbolo de bomba semueve en la dirección de suministro por el árbol de levas accionado por el motor,

y retrocede empujado por el muelle del émbolo.

Los elementos de bomba están dispuestos en línea. La carrera de émbolo es

invariable. Para hacer posible una variación del caudal de suministro, existen en

el émbolo aristas de mando inclinadas, de forma tal que al girar el émbolo

mediante una varilla de regulación, resulte la carrera útil deseada. Entre la cámara

de alta presión de bomba y el comienzo de la tubería de impulsión, existen

válvulas de presión adicionales según las condiciones de inyección. Éstas

válvulas determinan un final de inyección exacto, evitan inyecciones ulteriores en

el inyector y procuran un campo característico uniforme de bomba.

Figura 2.2 Bomba de Inyección en línea Bosch, VDT – U 2/604 BR.



67

b) Bomba de inyección rotativa.

Estas bombas tienen un regulador de revoluciones mecánico para regular el

caudal de inyección así como de un regulador hidráulico para variar el avance de

inyección. En bombas rotativas controladas electrónicamente se sustituyen los

elementos mecánicos por actuadores electrónicos. Las bombas rotativas sólo

tienen un elemento de bombeo de alta presión para todos los cilindros.

En las bombas rotativas operadas mediante gestión electrónica utiliza la

tecnología tradicional de los motores diesel de "inyección indirecta" basado en

una bomba rotativa (por ejemplo la bomba "tipo VE" de BOSCH) que dosifica ydistribuye el combustible a cada uno de los cilindros del motor. Esta bomba se

adapta a la gestión electrónica sustituyendo las partes mecánicas que controlan la

"dosificación de combustible" así como la "variación de avance a la inyección" por

unos elementos electrónicos que van a permitir un control mas preciso de la

bomba que se traduce en una mayor potencia del motor con un menor consumo.

Este sistema es utilizado por los motores TDI del grupo Volkswagen y los DTI de

Opel y de Renault, así como los TDdi de FORD.

Figura 2.3 Bomba de Inyección rotativa Bosch, VE.



68

c) Bomba de inyección individuales.

Estas bombas no tienen árbol de levas propio, pero corresponden sin embargo

en su funcionamiento a la bomba de inyección en línea. En motores grandes, el

regulador mecánico-hidráulico o electrónico esta adosado directamente al cuerpo

del motor. La regulación del caudal determinada, se transmite mediante un

varillaje integrado en el motor.

Las levas de accionamiento para las diversas bombas de inyección, se

encuentran sobre el árbol de levas correspondiente al control de válvulas del

motor. Por este motivo no es posible la variación del avance mediante un giro delárbol de levas. Aquí puede conseguirse un ángulo de variación de algunos grados

mediante la regulación de un elemento intermedio. Las bombas de inyección

individuales son apropiadas también para el funcionamiento con aceites pesados

viscosos.

Figura 2.4 Bomba de Inyección individuales.



69

2.2.2 SISTEMA INYECTOR BOMBA

El sistema Bomba-inyector en el que se integra la bomba y el inyector en el

mismo cuerpo. Por cada cilindro del motor se monta una unidad en la culata que

es accionada bien directamente mediante un empujador, o indirectamente

mediante balancín, por parte del árbol de levas del motor.

Debido a la supresión de las tuberías de alta presión, es posible una presión de

inyección esencialmente mayor (hasta 2000 bar) que en las bombas de inyección

en línea y rotativas. Con ésta elevada presión de inyección y mediante la

regulación electrónica por campo característico del comienzo de inyección y de la

duración de inyección (o caudal de inyección), es posible una reducción

destacada de las emisiones contaminantes del motor diesel.

Figura 2.5 Inyector Bomba Bosch IB.

2.2.3 SISTEMA COMMON RAIL

En la inyección "Common Rail" se realizan por separado la generación de presión

y la inyección.

La presión de inyección se genera independientemente del régimen del motor y

del caudal de inyección y está a disposición en el "Rail". El momento y el caudal



70

de inyección se calculan en la unidad de control electrónica ECU y se realizan por

el inyector en cada cilindro del motor, mediante el control de una electroválvula.

La disminución del consumo de combustible combinado con el aumento

simultáneo de potencia o del par motor, determina el desarrollo actual en el sector

de la técnica Diesel. Esto ha traído en los últimos años una creciente aplicación

de motores diesel de inyección directa, en los cuales se han aumentado de forma

considerable las presiones de inyección en comparación con los procedimientos

de cámara auxiliar de turbulencia o de precámara. De esta forma se consigue una

formación de mezcla mejorada y una combustión más completa.

Debido a la formación de mezcla mejorada y a la ausencia de pérdidas de

descarga entre la precámara y la cámara de combustión principal, el consumo de

combustible se reduce hasta un 15% respecto a los motores de inyección

indirecta o precámara.

Figura 2.6 Common Rail

2.2.4 SISTEMA DE INYECCIÓN UTILIZADO EN EL MOTOR CUMMINS N14

En este motor se utiliza un sistema de inyección directa con una bomba rotativa

de transferencia de desplazamiento positivo de tipo engranes en donde se

presuriza el combustible a 150 PSI aproximadamente. De la bomba el



71

combustible pasa a la placa de enfriamiento del ECM detrás de este refrigerando

los circuitos electrónicos y reduciendo la acumulación de calor excesivo en el

ECM.

El combustible fluye a través de la línea de suministro hacia la cabeza de cilindro;

un barreno interno suministra combustible a cada uno de los inyectores

hidráulicos que son controlados mediante una electroválvula que es comandada

por el ECM. Mediante este proceso el ECM es capaz de mantener valores

precisos de sincronización y dosificación de la inyección, luego de este proceso el

combustible sale de la válvula de alivio de presión del inyector fluyendo por el riel

interno de retorno en la cabeza de cilindro hacia el tanque de combustible.

Figura 2.7 Sistema de inyección Cummins N14

2.2.5 SEÑALES BASES

“Se denomina como señal base la forma en como se mide la cantidad de aire que

ingresa al motor y puede ser por: MAF – Flujo másico, MAP de acuerdo a la

presión en el múltiple de admisión, VAF flujo volumétrico.

Señal Base Cummins.- La señal base en este sistema se produce por el

captador de presión o sensor MAP el cual traduce estados de presión del

conducto de admisión a señales eléctricas que manda a la ECM.

Señal Base Bosch CR.- La señal base de este sistema es mandada por el

caudalímetro, que como ya se explicó anteriormente puede ser de hilo



72

caliente AFM y por la válvula de presión IPR. Sin embargo el componente

característico del sistema es la UNIDAD CENTRAL DE INYECCIÓN.

Señal Base Siemens CR.- El elemento que manda la señal base a la ECU

es la SCV la válvula reguladora de caudal de combustible conjuntamente

con la IPR.

Señal Base Delphi CR.- La señal base en este sistema la da el

caudalímetro de hilo caliente conjuntamente con la válvula SCV. Este hilo

trabaja como una resistencia la cual se enfría con la cantidad de aire que

es aspirado, enviando valores de voltaje a la ECU.

Señal Base Denso CR.- La señal base en este sistema la manda la válvula

SCV que envía su señal a la IDM (Módulo driver de inyección) para la

activación de los inyectores.”9

2.3 COMPUTADORES AUTOMOTRICES

El ECM (Módulo de Control Electrónico) es el centro de cada sistema

microprocesador. El trabajo del ECM es ejecutar obedientemente las

instrucciones de un programa que le fue proporcionado por un programador. Un

programa con microprocesador le dice a la ECM que lea (read) la información de

las entradas y que la escriba (write) a la memoria de trabajo o que lea la

información de la memoria de trabajo y la escriba a las salidas.

Algunas instrucciones del programa involucran decisiones simples que causan al

programa continuar con la siguiente instrucción o saltar a un nuevo lugar del

programa.

9 Robert Bosch; Manual de la técnica del automóvil; Cuarta Edición, Automotive

Aftermarket Bosch, Alemania, 2005, 676 págs.



73

En un ordenador personal, hay varios niveles de programas, empezando con el

programa interno, que es el control más básico del funcionamiento del

microprocesador. Otro nivel incluye programas de usuario que se cargan en la

memoria del sistema cuando están a punto de ser usados. Esta estructura es muy

compleja y no sería un buen ejemplo para mostrar a un principiante cómo trabaja

el microprocesador. En un microcontrolador normalmente, solamente un

programa en particular está trabajando para el control de una aplicación.

Figura 2.8 ECM Cummins-Celect

A continuación se va a describir los diferentes sensores que utiliza el sistema de

inyección a diesel, de un modo técnico y práctico, para ello utilizaremos una

nomenclatura que es la que se usa en el mercado automotriz para su descripción:

Sensor de flujo volumétrico de aire VAF

Sensor de presión absoluta del múltiple MAPSensor de posición del ángulo del cigüeñal CAS – CKP

Sensor de presión barométrica BARO

Sensor de temperatura del agua WTS – ECT – CTS

Sensor de temperatura del aire IAT – MAT – ATS – IAT

Sensor de velocidad del vehículo VSS

Posición del árbol de levas CMP – CKP

Velocidad del motor ESS



74

Temperatura aire transmisión ATF

Sensor de posición del aceleración TPS

Sensores de nivel de aceite y refrigerante

2.4 SISTEMAS ON-BOARD

2.4.1 OBD I

“El sistema OBDI comenzó a funcionar en California con el modelo del año 1988.

Los estándares federales del OBDI fueron requeridos en 1994 y monitoreaban los

siguientes sistemas:

Medición de combustibles

Recirculación de gases de escape (EGR)

Emisiones adicionales, relacionadas a componentes eléctricos

A los vehículos se les exigió que una lámpara indicadora de malfuncionamiento

(MIL) se encendiera para alertar al conductor sobre cualquier falla detectada; y a

los códigos de diagnóstico de fallas también se les requirió almacenar información

identificando las áreas específicas con fallas.

Los sistemas OBD I no detectan muchos problemas relacionados con la emisión

de gases, como fallas en el convertidor catalítico o en el fuego perdido. Para

cuando se detecta que un componente realmente falla y el MIL se ilumina, ya el

vehículo pudo haber estado produciendo emisiones excesivas por algún tiempo.

El MIL pudo también no haberse encendido, ya que este sistema no esta

diseñado para detectar ciertas fallas .”10

Características para su funcionamiento

1. A los vehículos se les exigió la presencia de una lámpara indicadora de

fallas para dar aviso al conductor de la misma. Esta lámpara se conoce

10 www.redtécnicaautomotríz.com



75

con las siglas MIL (check engine, sonservice).

2. El almacenamiento de los códigos de diagnóstico de fallas para

identificar la parte defectuosa de manera precisa, lo que se conoce con

las siglas DTC.

Ejemplo del Sistema OBDI para Motores Diesel

La lámpara MIL (check engine) en el tablero se ilumina al poner el vehículo en

contacto, pero al arrancar esta debe apagarse. Si permanece encendida o se

ilumina durante la marcha del vehículo esto indica que la ECM ha detectado una

falla.

Los sistemas OBD I no detectan muchos problemas relacionados con la emisión

de gases, como fallas con el convertidor catalítico.

Figura 2.9 Pro-link Heavy Duty OBD I

2.4.2 OBD II

Después de la enmienda de 1990 sobre Aire Puro, la CARB desarrollo pautas

para el OBD II, que tuvieron efecto a partir de 1996 (Tabla 2.1). A continuación se

detalla la lista de requerimientos trazada para el OBDII:

Se encenderá la lámpara indicadora de mal funcionamiento (MIL) si las emisiones

HC, CO o NOx exceden ciertos límites; normalmente 1.5 veces el nivel permitido

por el Procedimiento de Testeo Federal.



76

El uso de una computadora abordo para monitorear las condiciones de los

componentes electrónicos y para encender la luz del MIL si los componentes

fallan o si los niveles de emisión exceden los límites permitidos.

Especificaciones standards para un Conector de Diagnóstico (DLC), incluyendo la

localización del mismo y permitiendo el acceso con scanners genéricos.

Implementaron de normas para la industria sobre emisiones relacionadas con

Códigos de Diagnóstico (DTC), con definiciones standards. Estandarización de

sistemas eléctricos, términos de componentes y acrónimos.

Información sobre servicio, diagnóstico, mantenimiento y reparación, disponible

para toda persona comprometida con la reparación y el servicio al automotor.

Tabla 2.1 OBD I Vs. OBD II

OBD I OBD IIMONITOREOSREQUERIDOS(California 1988,

Federal 1994)

MONITOREOS REQUERIDOS(Federal

1996)* Sensor de oxígeno. * Eficiencia del catalizador.* Sistema EGR. * Fuego perdido (Misfire).* Sistema de reparto de combustible. * Control de combustible.* PCM. * Respuesta del sensor del oxígeno.* Luz MIL se apagara si el problemade emisiones se corrige por si solo. * Calefactor del sensor de oxígeno.

* Detallado de componentes.* Emisiones evaporativas.Sistema de aire secundario (si estaequipado).

* EGR.* La luz MIL se mantiene encendidahasta que haya pasado tres ciclos deconducción sin que el problema reincida.



77

Normas del OBD II

Terminología

El aumento de estrictas reglas sobre la emisión de gases ha requerido de un

creciente número de sofisticados sistemas electrónicos para controlarla. Por algún

tiempo, cada fabricante usó su propia terminología para describir estos sistemas,

lo cual confundía a cualquiera involucrado en el servicio de automotores. Este

problema pudo ser eliminado estableciendo un listado de términos, abreviaciones

y acrónimos standards.

En 1991, la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) publicó dicho listado para

términos, definiciones, abreviaciones y acrónimos de sistemas de diagnósticoeléctricos / electrónicos. La publicación resultante, J1930, se refiere a lo siguiente:

Manuales de reparación, servicio y diagnóstico.

Boletines y actualizaciones.

Manuales de entrenamiento.

Base de datos de reparaciones.

Clasificación de emisiones del motor.

Aplicaciones de certificados de emisión.

También publicado en el J1930 se encuentran las normas para el nombramiento

de sistemas corrientes y en desarrollo. Terminología históricamente aceptable

para cientos de componentes y sistemas, también se halla enlistada junto a las

normas de la SAE.

Scanner para OBD II

El documento J1978 de la SAE describe los mínimos requerimientos para un

scanner de OBD II. Este documento abarca desde las capacidades necesarias

hasta el criterio al que debe someterse todo scanner para OBD II. Los fabricantes

de herramientas pueden agregar habilidades adicionales pero a discreción. Los

requerimientos básicos para un OBD II Scan Tool son:



78

Determinación automática de la interfaz de comunicación usada.

Determinación automática y exhibición de la disponibilidad de información

sobre inspección y mantenimiento.

Exhibición de códigos de diagnóstico relacionados con la emisión, datos en

curso, congelado de datos e información del sensor de oxigeno.

Borrado de los DTC, del congelado de datos y del estado de las pruebas de

diagnóstico.

Conector de diagnóstico

Debe estar localizado en la zona del conductor debajo del panel de instrumentos.

Descripción de los pines:

2.- Comunicación SAE VPW/PWM

4.- MASA Vehículo

5.- MASA Señal

7.- Comunicación ISO 9141-2 (Línea K)

10.- Comunicación PWM

15.- Comunicación ISO 9141-2 (Línea L)16.- POSITIVO BATERIA

Figura 2.10 Conector de Diagnóstico OBD II



79

Conector de diagnóstico Pin – Outs Deutsch

Este conector es el más utilizado en equipo camionero en especial los equipados

con motores Cummins. Estos tipos de conectores trabajan bajo los siguientes

protocolos.

J1587 DEUTSCH HD16 -6 12S

Conector de 6 posiciones, descripción de pines:

A: J1587 +

B: J1587 –

C: Power +

D: NC

E: Ground

F: NC

Figura 2.11 Conector Deutsch J1587

J1939 DEUTSCH HD16 -9 1939S

Conector de 9 posiciones, descripción de pines:

A: Ground

B: Power +

C: J1939+

D: J1939-



80

E: NC

F: J1587+

G: J1587-

H: NC

J: NC

Figura 2.12 Conector Deutsch J1939

Comunicación con el Scanner

Existen básicamente tres tipos de comunicación que pueden ser utilizadas y son

escogidas por la ensambladora:

SAE VPW.- modulación por ancho de pulso variable

SAE PWW.- modulación por ancho de pulso

IS0 9141-2.- comunicación serial

Estos sistemas de comunicación obedecen a patrones de pedido-respuesta

llamado protocolo de comunicación. Fueron detectados los siguientes patrones

utilizados por las ensambladoras:

Anatomía de los DTC o Códigos de falla DTC’S

Un DTC está compuesto por 5 dígitos. La serie siguiente demuestra la

composición de los DTC. Con esta información es simple interpretar en que parte

del sistema se ha producido la falla, que detectada por el computador, hizo que

esta generara el DTC.



81

X X X X X

A B C D

D Falla (00-99)

1- Medición de Combustible y Aire

2- Medición de Combustible y Aire (Circuito Inyector)

3- Sistema de Ignición o Fuego Perdido

4- Controles Auxiliares de Emisiones

C 5- Sistemas vinculados con el Control de Velocidad de Vehículo o Sistemas

vinculados con el Control de Marcha Lenta

6- Circuitos de Salida del Computador

7- Transmisión

8- Transmisión

B 0- SAE (Códigos Genéricos)

1- MFG (Códigos Específicos de la marca)

B- BODY (Sistemas de control y componentes de carrocería)

A C- CHASSIS (Sistemas de control y componentes de chasis)P- POWERTRAIN (Sistemas de control y componentes de motor)

U- NETWORK (Datos invalidados o faltantes)

Los DTC’s son códigos alfanuméricos de tres dígitos precedido por los siguientes

asignadores:

Bo. Código de carrocería, controlado por SAEB1. Código de carrocería, controlado por e fabricante

Co. Código de chasis, controlado por SAE

C1. Código de chasis, controlado por el fabricante

Po. Códigos de la PCM, controlados por SAE

P1. Códigos de la PCM, controlados por el fabricante

Uo. Códigos de comunicaciones de red, controlado por SAE

U1. Códigos de comunicaciones de red, controlado por el fabricante.



82

El tercer dígito indica el sistema en el que ocurre la falla, tal como el sistema de

encendido el control de velocidad de marcha lenta, etc.

El cuarto y quinto dígito representan el DTC específico del sistema, por ejemplo:

El P 0 1 3 1

P. indica PC11

0. controlado por SAE

1. control de Aire/Combustible

31. componente involucrado, en este caso el sensor oxígeno anterior alcatalítico

Para cuando se detecta que un componente falta y el MIL o (check engine) se

ilumina, y/o el vehículo pudo haber estado produciendo emisiones excesivas por

algún tiempo.

Códigos de defectosEl formato de los códigos de defecto debe tener la siguiente presentación:

B 1 1 3 6

Código de falla

1.- Medición de aire y combustible

2.- Medición de aire y combustible (Circuito inyector)

3.- Sistema encendido4.- Controles Auxiliares de emisiones

5.- Velocidad y marcha lenta

6.- Circuito de salida de la computadora

7.- Transmisión

0.- SAE

1.- MRG (Fabricante del vehículo)

B.- Carrocería



83

C.- Chasis

P.- Motor

U.- Comunicación”11

Lecturas en Cummins

Para las lecturas en Cummins tenemos un software propio para diagnóstico y

servicio. El cual es INSITE que junto con el hardware INLINE es una aplicación

basada en PC que proporciona acceso rápido y fácil a la información electrónica

del desempeño del motor, lo cual permite tiempos de respuesta de servicio más

rápido; lo que ayuda a asegurar procedimientos y diagnósticos preciso.

INSITE proporciona información como:

Análisis del funcionamiento del motor y sus parámetros en tiempo real.

Información de viaje y de vehículo.

Ajuste de parámetros y características.

Diagnóstico preciso de problemas.Diagramas de cableado completo.

Información de diagnóstico paso a paso.

Configuración de parámetros.

Sistema de información de fallas.

Códigos de falla.

Pruebas especiales al ECM.

Calibraciones de motor.

Instalas nuevas características.

Actualizar potencia.

11 www.elmundomotor.elmundo.es

http://www.elmundomotor.elmundo.es/





84

Figura 2.13 INLINE 5 y INSITE de Cummins

2.4.3 OBD III

“Actualmente sé esta desarrollando la planeación de OBDIII, el cual podrá tomar a

OBDII un paso hacia la comunicación de fallas a distancia vía satélite. Utilizando

un pequeño radio comunicador que es usado para herramientas electrónicas, unvehículo equipado con OBD III podrá ser posible reportar problemas de emisiones

directamente a una agencia reguladora de emisiones (EPA). El radio comunicador

podrá comunicar el número VIN del vehículo y podrá diagnosticar códigos que

estén presentes. El sistema podrá reportar automáticamente problemas de

emisiones vía celular o un vínculo vía satélite cuando el foco de mal función (MIL)

este encendido, o responda a un requerimiento de un celular, o satélite cuando

suceda los análisis de emisiones ya que estos podrán ser monitoreados no

importa donde estén ellos, aunque estén en el garaje o manejando. Con ello se

podrá observar cuidadosamente la política de emisiones contaminantes. Siendo

posible localizar los vehículos que estén en una violación de aire limpio, así como

estudios demográficos o arrestar a los que quebranten la ley de aire limpio.



85

Tecnologías de OBD III

Tiene tres caminos para enviar y recibir datos, lector de camino (roadside); red de

estación local (local station network); satélite.

Las ventajas serán: el conductor podrá saber cuando hubo un mal funcionamiento

de los sistemas y podrá solicitar ayuda vía satélite, celular y le dirán cual es el mal

funcionamiento que presenta y su solución, este sistema podrá auto

diagnosticarse desde el arranque del motor hasta el apagado del mismo.

Esta tecnología permitirá que la PCM pase a modo seguro o auto calibración de

componentes al suscitar un mal funcionamiento y guardar la falla en memoria vivapara después revisarla con el scanner. Se habla de un scanner tipo beeper con

una explicación básica del mal funcionamiento y sugerencias para la reparación

que vendrá en las unidades con OBD III como un servicio agregado del fabricante

al dueño del vehículo.

Básicamente OBD III viene a revolucionar el diagnóstico del motor, más sencillo,

con mayor claridad para el diagnóstico, mayores códigos de fallas, evitará lashoras perdidas en detección y corrección de fallas, ahora cualquier técnico en fuel

inyección o mecánico podrá arreglar un vehículo sin dudar del componente

dañado.

Otra ventaja es la reducción de precios de scanners ya que la EPA ha exigido un

scanner reader es decir un lector de fallas y borrado de un costo bajo y accesible

tal es el caso de OTC, sacaron un scanner para OBD I, en el caso de actronmediante su división sun-pro han bajado los costos del scanner para solo

unidades OBD II genéricas.”12

12 www.redtécnicaautomotríz.com



86

2.5 MEMORIAS

Una ventaja importante de los sistemas digitales sobre los analógicos es la

capacidad de almacenar grandes cantidades de información digital por períodoscortos o largos. Esta capacidad de memoria es la que hace que los sistemas

digitales sean tan versátiles y adaptables a muchas circunstancias.

“Definición.- Las memorias son circuitos digitales que almacenan datos binarios

en un sistema de computadoras, por ejemplo: memorias de semiconductores,

cintas magnéticas, discos magnéticos, discos ópticos, etc.

Los datos digitales también pueden almacenarse como cargas de capacitores y

un tipo muy importante de memorias semiconductoras hace uso de este principio

para obtener almacenamiento de alta densidad a niveles bajos de energía.

Otra forma de almacenamiento en una computadora se efectúa con la memoria

auxiliar, la cual está separada de la memoria interna. La memoria auxiliar, tiene la

capacidad de almacenar enormes cantidades de datos sin necesidad que haya

corriente eléctrica.

2.5.1 CARACTERÍSTICAS DE LAS MEMORIAS DE SEMICONDUCTORES.

Son circuitos integrados

Elementos biestables

Todas las localidades de memoria que almacena un dígito binario debe

tener una sola dirección.Debe ser posible leer los datos almacenados.



87

2.6 TIPOS DE MEMORIA

Dentro de la gama de Memorias se pueden establecer tres grupos bien definidos.

2.6.1 MEMORIAS TIPO DIL

Este encapsulado fue unos de los primeros usados para los autos equipados con

inyección electrónica desde el ano 1990. Como se aprecia en la figura 2.14 este

posee 2 líneas con patas o pines de acceso, estas pueden ser de 28 o 32 pines.

Una marca o muesca se puede observar en su encapsulado, el mismo muestra la

orientación de su propia numeración, y la ubicación del pin 1.

También encontraremos una ventana en el medio del componente el cual nos

indica que podemos borrar los datos de la misma con rayos ultravioletas. Este

proceso requiere de un borrador de eprom y el tiempo de ejecución es de

aproximadamente 25 minutos.

Su montaje sobre la placa puede realizarse de 2 maneras distintas, directamentesoldado sobre la placa o puede aparecer también montada sobre un zócalo, esto

facilita su extracción y posterior trabajo.

Figura 2.14 Memoria tipo DIL



88

2.6.2 MEMORIAS TIPO PLCC

Este encapsulado fue el segundo utilizado por las terminales automotrices el

mismo cuenta con un tamaño reducido y la configuración de sus patas envuelvelos 4 lados a diferencia de su antecesor (dil) la cantidad de patas puede ser de 32,

44, 48 patas. Lo particular de esta configuración es que las patas o pines se

encuentran hacia adentro y su montaje es superficial a la placa madre. Esto

simplifica el tamaño que ocupa en la placa madre y también aporta mayor

capacidad en su interior.

Este tipo de memorias se borran eléctricamente para luego poder reutilizarla, esteproceso se realiza con un programador de memorias. Sobre un lateral posee una

marca que nos indica la posición pin 1. Puede ser encontrado montado

directamente sobre la placa como también sobre un zócalo, esto facilita su

extracción y manejo.

Figura 2.15 Memoria tipo PLCC



89

2.6.3 MEMORIAS TIPO SOP

Este encapsulado es uno de los más utilizados en la actualidad, posee una

capacidad de 2 hasta 32 megas en el uso automotriz, este encapsulado logro ensu costo, capacidad y espacio un compromiso adoptado por los fabricantes de

electrónica automotriz.

La cantidad de pines utilizados es de 44 o 48 terminales, también posee una

marca el cual nos indica la posición del pin 1.

Figura 2.16 Memoria tipo SOP

2.7 MEMORIA ROM

ROM (Read Only Memory) memoria sólo de lectura, este tipo de memoria se

programa en fábrica y se llama Máscara. Son un tipo de memorias de

semiconductor que están diseñadas para retener datos que son permanentes ono se cambian con mucha frecuencia. Durante la operación normal, no pueden

escribirse nuevos datos en una ROM pero si pueden leerse la información de ella.

Para algunas ROMs los datos que están almacenados tiene que integrarse

durante el proceso de fabricación, para otras ROMs los datos pueden grabarse

eléctricamente. El proceso de grabar datos se lo conoce como programación de la

ROM. Las ROMs se la utilizan para almacenar datos e información que no



90

cambiará durante la operación normal de un sistema. Un uso importante de la

ROMs se encuentra en el almacenamiento de programas de las

microcomputadoras. Ya que todas las ROMs son no volátiles, estos programas no

se pierden cuando la microcomputadora es desconectada.

Figura 2.17 Diagrama de bloques en ROM

Las salidas de datos de muchos circuitos integrados de ROM son salidas de tres

estados para permitir la conexión de muchos circuitos al mismo canal de datos

para lograr la expansión de la memoria. Los números más comunes de salidas de

datos para ROMs son de 4,8 y 16 bits, siendo las palabras de 8 bits las más

comunes.

2.7.1 TIPOS DE ROMS

Veremos brevemente los diversos tipos de ROMs para observar como difieren en

la forma en que son programados, borrados y reprogramados.

ROM programada por mascarilla (MROM).- Este tipo de ROM tiene sus

localidades de almacenamiento escritas por el fabricante según las

especificaciones del cliente. Se utiliza un negativo fotográfico llamado

mascarilla para controlar las conexiones eléctricas en el circuito. Se

requiere una mascarilla especial para cada conjunto diferente de



91

información a ser almacenada en la ROM. Ya que las mascarillas son

costosas, este tipo de ROM es económico sólo si se necesita una cantidad

considerable de la misma ROM.

Una gran desventaja que presentan estas memorias es que no se puede

reprogramarse en caso de un cambio de diseño que requiera una

modificación del programa almacenado, usaremos las siglas MROM cada

vez que hagamos referencia a las ROMs programadas por mascarilla.

ROM programables (PROM).- Una rom programable por mascarilla es muy

costosa y no se utilizará excepto en aplicaciones de grandes volúmenes.

Para las aplicaciones de bajo volumen, los fabricantes han creado PROMs

con conexión fusible, que no se programan durante el proceso de

fabricación sino que son programadas por el usuario. Sin embargo, una vez

programada la PROM se parece a una MROM en que no puede borrarse y

reprogramarse. Por tanto, si el programa en la PROM es erróneo o tiene

que ser cambiado, la PROM tiene que ser desechada.

ROM programable y borrable (EPROM).- Una EPROM puede ser

programada por el usuario y también puede borrarse y reprogramarse

cuantas veces como se desee. Una vez programada la EPROM es una

memoria no volátil que contendrá sus datos almacenados indefinidamente.

Una vez programado una celda de la EPROM, se puede borrar su

contenido exponiendo la EPROM a la luz ultravioleta (UV), la cual se aplicaa través de la ventana que se encuentra sobre el encapsulado del circuito.

Desafortunadamente, no existe ninguna forma de borrar sólo algunas

celdas, las UV borran todas las celdas al mismo tiempo, por lo que una

EPROM borrada almacena solamente unos dígitos. Una vez borrada, la

EPROM puede programarse.

PROM eléctricamente borrable (EEPROM).- Las ventajas de la EPROM se

eliminaron con la producción de la PROM eléctricamente borrable



92

(EEPROM) que fue una mejora con respecto de la EPROM. La EEPROM

conserva la estructura de compuerta flotante de la EPROM, pero con la

inclusión de una región muy delgada por encima del electrodo de drenaje

de la celda de memoria MOSFET. Esta modificación es la principal

característica de la EEPROM, su facilidad para el borrado eléctrico. Al

aplicar un alto voltaje (21v) entre la compuerta y el drenaje del MOSFET,

se puede inducir una carga en la compuerta flotante donde permanecerá

aunque se interrumpa la corriente, la inversión de algunos voltajes

ocasiona que se retiren las cargas atrapadas en la compuerta flotante y

borra la celda.

Dado que este mecanismo de carga y transporte requiere corrientes muy

bajas, el borrado y la programación de la EEPROM puede hacerse en el

circuito (es decir sin una fuente de luz ultravioleta, ni una unidad

programadora especial).

2.8 MEMORIA RAM

RAM (Random Access read/write Memory) memoria de acceso a lectura o

escritura aleatorio, se usa para el almacenamiento temporal de datos y el cálculo

intermedio de los resultados durante las operaciones. Este tipo de memoria pierde

los datos cuando se queda sin alimentación.

Las RAMs se emplean en las computadoras como medios de almacenamiento

temporal para programas y datos, el contenido de muchas de las localidades dedirección será leído y escrito a medida que la computadora ejecuta un programa.

Esto requiere que la RAM tenga ciclos de lectura y escritura rápidos para que no

reduzca la velocidad de operación de la computadora.



93

2.8.1 TIPOS DE RAM

RAM estática (SRAM).- Son celdas flip – flops que permanecerán en un

estado determinado indefinidamente, siempre y cuando no se interrumpa elsuministro de energía al circuito. Las RAMs estáticas se encuentran

disponibles en tecnología bipolar y MOS, aunque la mayoría de las

aplicaciones hacen uso de RAMs NMOS o CMOS. Las bipolares tienen la

ventaja en velocidad y los dispositivos MOS tienen capacidades mucho

mayores con menor consumo de potencia

RAM dinámica (DRAM).- Las RAMs dinámicas se fabrican con tecnología

MOS y se caracterizan por su gran capacidad, bajos requerimientos deconsumo de potencia y velocidad de operación media. Las necesidad de

refrescar las celdas es una desventaja de las RAM dinámicas cuando se

comparan con las RAM estáticas, dado que se requerirá de circuitería de

control para la señal de refresco que no requiere de hardware externo extra

pero requieren de temporización especial para las entradas de control.

Sin embargo sus mayores capacidades y menores consumos de potencia hacen

de la memoria DRAM la opción en sistemas donde las consideraciones de diseño

más importantes son el mantener pequeño tanto el tamaño como el costo y el

consumo de potencia.”13

2.9 Reloj (Clock)

Salvo excepciones, los microprocesadores usan un pequeño oscilador del reloj

(clock) para activar la ECM, para mover de un paso a la secuencia siguiente. En

el capítulo de arquitectura de un microprocesador, se puede ver que incluso las

instrucciones simples de un microcontrolador están compuestas de una serie de

pasos aún más básicos. Cada uno de estos pasos diminutos en el funcionamiento

del microprocesador toma un ciclo del reloj del ECM.

13 Belove C; Enciclopedia de la Electrónica; Grupo Editorial OCEANO, Barcelona, 1990.



94

2.10 CAN BUS

Can-Bus es un protocolo de comunicación en serie desarrollado por Bosch para el

intercambio de información entre unidades de control electrónicas del automóvil.

Can significa Controller Area Network (Red de área de control) y Bus, en

informática, se entiende como un elemento que permite transportar una gran

cantidad de información.

Este sistema permite compartir una gran cantidad de información entre las

unidades de control abonadas al sistema, lo que provoca una reducciónimportante tanto del número de sensores utilizados como de la cantidad de cables

que componen la instalación eléctrica. De esta forma aumentan

considerablemente las funciones presentes en los sistemas del automóvil donde

se emplea el Can-Bus sin aumentar los costes, además de que estas funciones

pueden estar repartidas entre dichas unidades de control.

Figura 2.18 Esquema básico de un Bus CAN

2.10.1 Como funciona el sistema Bus CAN

Las unidades de mando que se conectan al sistema Can-Bus son las que

necesitan compartir información, pertenezcan o no a un mismo sistema. En

automoción generalmente están conectadas a una línea las unidades de control

del motor, del ABS y del cambio automático, y a otra línea (de menor velocidad)

las unidades de control relacionadas con el sistema de confort.



95

El sistema Can-Bus está orientado hacía el mensaje y no al destinatario. La

información en la línea es trasmitida en forma de mensajes estructurados en la

que una parte del mismo es un identificador que indica la clase de dato que

contiene. Todas las unidades de control reciben el mensaje, lo filtran y sólo lo

emplean las que necesitan dicho dato. Naturalmente, la totalidad de unidades de

control abonadas al sistema son capaces tanto de introducir como de recoger

mensajes de la línea. Cuando el bus está libre cualquier unidad conectada puede

empezar a trasmitir un nuevo mensaje.

En el caso de que una o varias unidades pretendan introducir un mensaje al

mismo tiempo, lo hará la que tenga una mayor prioridad. Esta prioridad vieneindicada por el identificador. El proceso de trasmisión de datos se desarrolla

siguiendo un ciclo de varias fases:

Suministro de datos: Una unidad de mando recibe información de los sensores

que tiene asociados (r.p.m. del motor, velocidad, temperatura del motor, puerta

abierta, etc.)

Su microprocesador pasa la información al controlador donde es gestionada y

acondicionada para a su vez ser pasada al trasmisor-receptor donde se

transforma en señales eléctricas.

Trasmisión de datos: El controlador de dicha unidad transfiere los datos y su

identificador junto con la petición de inicio de trasmisión, asumiendo la

responsabilidad de que el mensaje sea correctamente trasmitido a todas lasunidades de mando asociadas. Para trasmitir el mensaje ha tenido que encontrar

el bus libre, y en caso de colisión con otra unidad de mando intentando trasmitir

simultáneamente, tener una prioridad mayor. A partir del momento en que esto

ocurre, el resto de unidades de mando se convierten en receptoras.

Recepción del mensaje: Cuando la totalidad de las unidades de mando reciben el

mensaje, verifican el identificador para determinar si el mensaje va a ser utilizado



96

por ellas. Las unidades de mando que necesiten los datos del mensaje lo

procesan, si no lo necesitan, el mensaje es ignorado.

El sistema Can-Bus dispone de mecanismos para detectar errores en la

trasmisión de mensajes, de forma que todos los receptores realizan un chequeo

del mensaje analizando una parte del mismo, llamado campo CRC14. Otros

mecanismos de control se aplican en las unidades emisoras que monitorizan el

nivel del bus, la presencia de campos de formato fijo en el mensaje (verificación

de la trama), análisis estadísticos por parte de las unidades de mando de sus

propios fallos etc.

Estas medidas hacen que las probabilidades de error en la emisión y recepción de

mensajes sean muy bajas, por lo que es un sistema extraordinariamente seguro.

El planteamiento del Can-Bus, como puede deducirse, permite disminuir

notablemente el cableado en el automóvil, puesto que si una unidad de mando

dispone de una información, como por ejemplo la temperatura del motor, esta

puede ser utilizada por el resto de unidades de mando sin que sea necesario quecada una de ellas reciba la información de dicho sensor.

Otra ventaja obvia es que las funciones pueden ser repartidas entre distintas

unidades de mando, y que incrementar las funciones de las mismas no presupone

un coste adicional excesivo.

14

CRC: Cyclic Redundancy Check (comprobación de redundancia cíclica en el sistema de busCAN)



97

Figura 2.19 Recepción de mensajes CAN Bus

2.10.2 Características principales del protocolo CAN

La información que circula entre las unidades de mando a través de los dos

cables (bus) son paquetes de 0 y 1 (bit) con una longitud limitada y con una

estructura definida de campos que conforman el mensaje.

Uno de esos campos actúa de identificador del tipo de dato que se transporta, de

la unidad de mando que lo trasmite y de la prioridad para trasmitirlo respecto a

otros. El mensaje no va direccionado a ninguna unidad de mando en concreto,

cada una de ellas reconocerá mediante este identificador si el mensaje le interesa

o no. Todas las unidades de mando pueden ser trasmisoras y receptoras, y la

cantidad de las mismas abonadas al sistema puede ser variable (dentro de unos

límites).

Si la situación lo exige, una unidad de mando puede solicitar a otra una

determinada información mediante uno de los campos del mensaje RDR15.

15 RDR: Trama Remota



98

Cualquier unidad de mando introduce un mensaje en el bus con la condición de

que esté libre, si otra lo intenta al mismo tiempo el conflicto se resuelve por la

prioridad del mensaje indicado por el identificador del mismo.

El sistema está dotado de una serie de mecanismos que aseguran que el

mensaje es trasmitido y recepcionado correctamente. Cuando un mensaje

presenta un error, es anulado y vuelto a trasmitir de forma correcta, de la misma

forma una unidad de mando con problemas avisa a las demás mediante el propio

mensaje, si la situación es irreversible, dicha unidad de mando queda fuera de

servicio pero el sistema sigue funcionando.

2.10.3 FORMATOS DE LOS MENSAJES

Existen dos formatos de mensajes en el protocolo CAN:

CAN 2.0A: mensajes como identificador de 11 bits. Es posible tener hasta

2.048 mensajes en una red constituida sobre formato, aunque puede seruna limitación de determinadas aplicaciones. La figura 2.20 presenta el

cuadro de mensajes del CAN 2.0A.

Figura 2.20 Mensaje Formato Can 2.0A

CAN 2.0B: mensajes con identificador de 29 bits. Es posible tener hasta

537 millones de mensajes en una red constituida sobre este formato. Por lo

tanto, no hay limitación de mensajes. La figura 2.21 presenta un cuadro de

mensaje del formato CAN 2.0B.



99

Figura 2.21 Mensaje Formato Can 2.0B

2.10.4 PATRONES EXISTENTES.

Los fundamentos del CAN son especificados por dos normas: la ISO 11898 y la

ISO 11519 – 2 la ISO 11898 determina las características de una red trabajando

con alta velocidad de transmisión de datos (de 125 Kbps a 1 Mbps). La ISO 1151

– 2 determina las características de una red trabajando con baja velocidad (de 10

Kbps a 125 Kbps).

Ambos patrones determinan las capas físicas y de datos, respectivamente 1 y 2

se consideran como patrón de comunicación OSI16 de 7 capas (ISO 7498).

Las demás capas de 3 y 7, son especificadas por otros patrones, cada uno

relacionado a una aplicación específica.

Existen diversos patrones fundamentados en el CAN, dentro de los cuales se

pueden destacar:

NMEA 2000: basado en CAN 2.0B, es utilizado en aplicaciones navales y

aéreas.

SAE J1939: basado en CAN 2.0B es utilizado en aplicaciones

automotrices, especialmente en autobuses y camiones.

DIN 9684 LBS: basada en CAN 2.0A, es utilizado en aplicaciones

agrícolas.

16 OSI: Open Systems Interconnections



100

ISO 1173: basada en CAN 2.0B, es también utilizado en aplicaciones

agrícolas.

2.10.5 DETECCIÓN DE FALLAS

Algunas de las mayores ventajas que posee el CAN es la robustez en al

capacidad de adaptarse a las condiciones de falla, temporales y/o permanente.

Se pueden clasificar las fallas de una red CAN en tres categorías de niveles: nivel

de bit, nivel de mensaje y nivel físico.

Nivel de bit: Posee dos tipos de errores posibles:

Bit monitoring: después de escrito un bit dominante, el módulo transmisor verifica

el estado del bus. Si el bit leído es recesivo, significará que existe un error en el

bus.

Bit stuffing: Solamente cinco bits pueden tener el mismo valor (dominante o

recesivo).

En caso de que sea necesario transmitir secuencialmente seis o más bits del

mismo valor, el módulo transmisor insertará inmediatamente después de cada

grupo de cinco bits consecutivos iguales, un bit de valor contrario. El módulo

receptor queda encargado para que durante la lectura pueda retirar este bit,

denominado Staff bit. En caso de que un mensaje sea recibido con seis bits

consecutivos iguales, hay un error que está ocurriendo en el bus. Nivel demensaje: son tres tipos de errores posibles:

CRC o Cyclic Redundancy Check: funciona como un checksum. Es un módulo

transmisor que calcula un valor en función de los bits del mensaje y lo transmite

junto a él, los módulos receptores recalculan este CRC y verifican si éste es igual

al transmitido con el mensaje.



101

Frame Check: los módulos receptores analizan el contenido de algunos bits del

mensaje recibido. Estos bits (sus valores) no mudan de mensaje a mensaje y son

determinados por el patrón CAN.

Acknowledgment Error Check: los módulos receptores responden a cada mensaje

completo recibido, escribiendo un bit dominante en el campo ACK de un mensaje

respuesta que es enviado al módulo transmisor. En el caso que un mensaje

respuesta no sea recibido por el transmisor, significa que el mensaje de datos

transmitido esta corrupto o ningún módulo ha recibido.

Cuando se detecta una de las fallas mencionadas por uno o más módulosreceptores, hace que estos coloquen un mensaje de error en el bus avisando a

toda la red que el mensaje contiene un error y que el transmisor debe reenviar el

mensaje.

Adicionalmente a cada mensaje erróneamente transmitido y recibido, un contador

de errores es incrementado a una de las unidades de los módulos receptores, y

en ocho unidades de transmisor. Módulos con estos contadores iguales a ceroson considerados normales. Para los casos en que contadores contengan valores

entre 1 y 127, los módulos son considerados de Error Active. Los contadores que

contengan valores entre 128 y 256, los módulos son considerados de Error

Passive. Para los contadores que contengan valores superiores a 256, los

módulos son considerados en Bus Off y no pasan más al bus.

Estos contadores también son disminuidos a medida que los mensajes correctosson recibidos, que reduce el grado de incertidumbre en relación con la actividad

de los módulos; sin embargo, con los contadores con valores diferentes a cero, se

posibilita nuevamente la plena participación de ellos en el bus.

Nivel físico: para los bus con 2 y 4 cables, en el caso que ocurra un error en los

cables de datos CAN_H y CAN_L, la red continuará operando sobre una especie



102

de modo de seguridad. Algunas de las condiciones de falla en las líneas de

comunicación que permiten la continuidad de las actividades en la red son:

1. Corto de CAN_H (o CAN_L) para GND (o VCC).

2. Corto entre los cables de datos CAN_H y CAN_L.

3. Ruptura en CAN_H (o CAN_L).

Una red CAN, dependiendo de su aplicación, puede tener una centena de

módulos conectados.

El valor máximo para una conexión de módulos en un bus depende de la normaque se utiliza en determinada aplicación.

Toda red CAN posee dos terminadores. Estos terminadores son resistencias con

valores entre 120 y 124 ohmios, conectados a la red para garantizar una perfecta

propagación de las señales eléctricas por los cables de la misma. Los

terminadores se encuentran en cada uno de los extremos garantizando la

reflexión de las señales en el bus y un correcto funcionamiento de la red CAN.

Otra característica en determinadas aplicaciones fundamentales en CAN, es que

puede tener dos o más subredes trabajando, cada una en una velocidad diferente.

Los datos son transferidos de una subred para otra por medio de módulos

llamados Gateways.

Figura 2.22 Red Can



103

Figura 2.23 Medidas Observadas en el desarrollo del Lazo

La figura 2.22 ilustra una red CAN de un sistema automotriz, con dos subredes y

dos terminadores. El Gateway de esta aplicación es el panel de instrumentos.

Bus es un término técnico que presenta los conductores eléctricos de las líneas

de comunicación y la forma como estos son montados. A pesar de parecer

simple, el acto de interconectar los módulos requiere bastante atención.

Sobre el cableamiento es necesario considerar que una aplicación CAN de dos

cables, debe utilizar un par trenzado donde la sección transversal de cada uno de

los cables debe ser un mínimo de 0.35 mm2.

Los dos terminadores (resistencias de aproximadamente 120 ohmios), desde elpunto de vista teórico, pueden ser instaladas en los extremos del lazo,

directamente en los cables de datos CAN_H y CAN_L.

Desde el punto de vista práctico es extremadamente complejo. Lo que se debe

hacer es adicionar los terminadores en dos ECUs (Unidades de Control

Electrónico) conectadas en los extremos de la red.



104

Si las ECUs fuesen montadas de acuerdo con los opcionales del vehículo, se

debe procurar instalar los terminadores en las ECUs que siempre van a estar

presentes en el vehículo. Los terminadores son obligatorios en una red CAN.

En al figura 2.23 se muestra un diagrama que ilustra las medidas que deben ser

observadas en el desarrollo de lazos.

2.10.6 COMPONENTES DEL BUS CAN.

2.10.6.1 CablesLa información circula por dos cables trenzados que unen todas las unidades de

control que forman el sistema. Esta información se trasmite por diferencia de

tensión entre los dos cables, de forma que un valor alto de tensión representa un

1 y un valor bajo de tensión representa un 0. La combinación adecuada de unos y

ceros conforman el mensaje a trasmitir.

En un cable los valores de tensión oscilan entre 0V y 2.25V, por lo que sedenomina cable L (Low) y en el otro, el cable H (High) lo hacen entre 2.75V. y

5V. En caso de que se interrumpa la línea H o que se derive a masa, el sistema

trabajará con la señal de Low con respecto a masa, en el caso de que se

interrumpa la línea L, ocurrirá lo contrario. Esta situación permite que el sistema

siga trabajando con uno de los cables cortados o comunicados a masa, incluso

con ambos comunicados también sería posible el funcionamiento, quedando fuera

de servicio solamente cuando ambos cables se cortan.

Es importante tener en cuenta que el trenzado entre ambas líneas sirve para

anular los campos magnéticos, por lo que no se debe modificar en ningún caso ni

el paso ni la longitud de dichos cables.



105

Figura 2.24 Cables Can Bus

2.10.6.2 Elemento de cierre o terminador

Son resistencias conectadas a los extremos de los cables H y L. Sus valores se

obtienen de forma empírica y permiten adecuar el funcionamiento del sistema adiferentes longitudes de cables y número de unidades de control abonadas, ya

que impiden fenómenos de reflexión que pueden perturbar el mensaje.

Estas resistencias están alojadas en el interior de algunas de las unidades de

control del sistema por cuestiones de economía y seguridad de funcionamiento.

Figura 2.25 Elemento de cierre o terminador Can Bus

2.10.6.3 Controladores

Es el elemento encargado de la comunicación entre el microprocesador de la

unidad de control y el trasmisor-receptor. Trabaja acondicionando la información

que entra y sale entre ambos componentes.

El controlador está situado en la unidad de control, por lo que existen tantos como

unidades estén conectadas al sistema. Este elemento trabaja con niveles de

tensión muy bajos y es el que determina la velocidad de trasmisión de los

mensajes, que será más o menos elevada según el compromiso del sistema. Así,



106

en la línea de Can-Bus del motor-frenos-cambio automático es de 500 K baudios,

y en los sistema de confort de 62.5 K baudios. Este elemento también interviene

en la necesaria sincronización entre las diferentes unidades de mando para la

correcta emisión y recepción de los mensajes.

Figura 2.26 Controladores Can Bus

2.10.6.4 Transmisor / Receptor

El trasmisor-receptor es el elemento que tiene la misión de recibir y de trasmitir

los datos, además de acondicionar y preparar la información para que pueda ser

utilizada por los controladores. Esta preparación consiste en situar los niveles de

tensión de forma adecuada, amplificando la señal cuando la información se vuelca

en la línea y reduciéndola cuando es recogida de la misma y suministrada al

controlador.

El trasmisor-receptor es básicamente un circuito integrado que está situado en

cada una de las unidades de control abonadas al sistema, trabaja conintensidades próximas a 0.5 A y en ningún caso interviene modificando el

contenido del mensaje. Funcionalmente está situado entre los cables que forman

la línea Can-Bus y el controlador



107

Figura 2.27 Transistor \ Receptor Can Bus

2.10.7 DESARROLLO DE UN CICLO DE TRANSMISIÓN DE DATOS

Proveer datos

Llamada unidad de mando provee los datos al controlador CAN, para que los

transmita.

Transmitir datos

El transceptor CAN recibe los datos del controlador, los transforma en señales

eléctricas y los transmite.

Recibir datos

Todas las unidades de control son receptores.

Revisar datos

Las unidades de control revisan los datos para determinar si le son útiles o no

para el desarrollo de sus funciones.

Adoptar datos

Si los datos son importantes, la unidad de control lo adopta y procesa; si no son

importantes los ignora.



108

Figura 2.28 Ciclo de Transmisión de Datos

2.10.8 DATAGRAMA

En intervalos breves de tiempo se transmite un protocolo de enlace entre las

unidades de control, que está compuesto por siete secciones.

Consiste en un gran número de bits enlazados. La cantidad de bits de un

protocolo depende del tamaño del campo de datos. En la figura 2.29 puedeapreciarse la estructura de un protocolo de enlace de datos. Por seguridad, los

dos cables del bus transmiten exactamente los mismos datos.

Figura 2.29 Datagrama



109

2.10.8.1 Campos de Datagrama

Campo de comienzo del datagrama

Marca el inicio del protocolo de enlace de datos. En el cable CA_H setransmite un bit de 5V (2,5 en tracción), y en el cable CAN_L se transmite

un bit de 0V.

Campo de estado

Marca la propiedad entre distintas unidades de mando que quieren enviar

información a la vez, se da preferencia al protocolo de prioridad superior

(11 bit).

Campo de control

Indica la cantidad de información del campo de datos. Por lo tanto, cada

receptor puede revisar si ha recibido la información completa (6 bit).

Campo de datos

Es la información enviada para las demás unidades de mando (máximo 64bits).

Campo de aseguramiento

Detecta fallos en la conexión (16 bits).

Campo de confirmación

El receptor informa al transmisor que ha recibido correctamente los datos.

En caso de fallo, informan al transmisor para que éste repita la transmisión

(2 bits).

Campo de fin datagrama

Finaliza el protocolo de datos. Es la última oportunidad para dar aviso de

error y que se repitan los datos (7 bit).



110

2.10.9 COMO ES EL MENSAJE

El mensaje es una sucesión de “0” y “1”, que como se explicaba al principio, están

representados por diferentes niveles de tensión en los cables del Can-Bus y que

se denominan “bit”.

El mensaje tiene una serie de campos de diferente tamaño (número de bits) que

permiten llevar a cabo el proceso de comunicación entre las unidades de mando

según el protocolo definido por Bosch para el Can-Bus, que facilitan desde

identificar a la unidad de mando, como indicar el principio y el final del mensaje,

mostrar los datos, permitir distintos controles etc.

Los mensajes son introducidos en la línea con una cadencia que oscila entre los 7

y los 20 milisegundos dependiendo de la velocidad del área y de la unidad de

mando que los introduce.

Figura 2.30 Como se escribe un mensaje



111

2.10.9.1 Estructura del mensaje estándar

Figura 2.31 Mensaje estándar.

Campo de inicio del mensaje: El mensaje se inicia con un bit dominante, cuyo

flanco descendente es utilizado por las unidades de mando para sincronizarse

entre sí.

Campo de arbitrio: Los 11 bit de este campo se emplean como identificador que

permite reconocer a las unidades de mando la prioridad del mensaje. Cuanto más

bajo sea el valor del identificador más alta es la prioridad, y por lo tanto determina

el orden en que van a ser introducidos los mensajes en la línea.

El bit RTR indica si el mensaje contiene datos (RTR=0) o si se trata de una trama

remota sin datos (RTR=1). Una trama de datos siempre tiene una prioridad más

alta que una trama remota.

La trama remota se emplea para solicitar datos a otras unidades de mando o bien

porque se necesitan o para realizar un chequeo.

Campo de control: Este campo informa sobre las características del campo de

datos. El bit IDE indica cuando es un “0” que se trata de una trama estándar y



112

cuando es un “1” que es una trama extendida. Los cuatro bit que componen el

campo DLC indican el número de bytes contenido en el campo de datos.

La diferencia entre una trama estándar y una trama extendida es que la primera

tiene 11 bits y la segunda 29 bits. Ambas tramas pueden coexistir eventualmente,

y la razón de su presencia es la existencia de dos versiones de CAN.

Campo de datos: En este campo aparece la información del mensaje con los

datos que la unidad de mando correspondiente introduce en la línea Can-Bus.

Puede contener entre 0 y 8 bytes (de 0 a 64 bit).

Campo de aseguramiento (CRC): Este campo tiene una longitud de 16 bit y es

utilizado para la detección de errores por los 15 primeros, mientras el último

siempre es un bit recesivo (1) que delimita el campo CRC.

Campo de confirmación (ACK): El campo ACK esta compuesto por dos bit que

son siempre trasmitidos como recesivos (1). Todas las unidades de mando que

reciben el mismo CRC modifican el primer bit del campo ACK por uno dominante(0), de forma que la unidad de mando que está todavía trasmitiendo reconoce que

al menos alguna unidad de mando ha recibido un mensaje escrito correctamente.

De no ser así, la unidad de mando transmisora interpreta que su mensaje

presenta un error.

Campo de final de mensaje (EOF): Este campo indica el final del mensaje con una

cadena de 7 bits recesivos.

Puede ocurrir que en determinados mensajes se produzcan largas cadenas de

ceros o unos, y que esto provoque una pérdida de sincronización entre unidades

de mando. El protocolo CAN resuelve esta situación insertando un bit de diferente

polaridad cada cinco bits iguales: cada cinco “0” se inserta un “1” y viceversa. La

unidad de mando que utiliza el mensaje, descarta un bit posterior a cinco bits

iguales. Estos bits reciben el nombre de bit stuffing.



113

Tabla 2.2 Mensaje real Bus CAN.

SOF IDENTIFICADOR RTR DE DLC DATO - byte 1 DATO - byte 2 CRC ACK FN

0 1100010000 0 000 0010 00010110 00000000 0 01 11111

2.10.10 GENERACIÓN DE PROTOCOLO DE DATOS

El protocolo de datos se compone de varios bits enlazados. Cada bits sólo puede

adoptar un estado “0” ó “1”. La forma más sencilla de este operativo “1” sería un

interruptor cerrado (lámpara encendida) y de estado “0”, interruptor abierto

(lámpara apagada).

Figura 2.32 Protocolo de Datos

El funcionamiento del CAN Bus es esencialmente como el interruptor. El

transceptor puede generar los dos estados operativos de un bit. Ejemplo de

información que puede enviarse con bits enlazados (lenguaje binario). Con dos

bits podemos efectuar cuatro combinaciones. Si aumentamos el número del bits,

se duplica la información que puede enviarse.

La cantidad de información que puede enviarse está relacionada con el número

de bits enlazados que utilicemos según el siguiente relación:

Variantes = 2n siendo el número de bits.

Lo cual quiere decir que si utilizamos 8 bits:

28 = 256 posibilidades 8n



114

2.10.11 ADJUDICACIÓN DE PRIORIDADES EN EL CAN BUS DE DATOS

Supongamos que el bit = 0 validación superior y el bit 1 = validación interior. Es

posible que varias unidades de mando empiecen a emitir su protocolo de datos almismo tiempo. Cuando transmiten, también analizan uno a uno los bits del bus, si

una emite un bit de validación inferior y detecta otro de validación superior, deja

de emitir y se convierte en receptor.

Dependiendo de la importancia de la información, cada unidad de mando

empezará el protocolo con 1, 2 ó 3 ceros, para determinar qué información entra

antes en el bus de datos.

En el caso de que la unidad ABS/EDS envié una información relativa a la

seguridad, naturalmente entrará antes en el bus que otra información enviada por

la unidad de control de motor o de cambio automático. Éstas esperarán a que

termine la emisión de la unidad de ABS/EDS y después intentarán emitir su

protocolo de datos.

Figura 2.33 Adjudicación de Prioridades



115

Fuentes parásitas

En el vehículo se generan ondas parásitas por los componentes que en su

funcionamiento generan chispas, o abren y cierran circuitos de corriente. Otras

fuentes parásitas son generadas por: teléfonos móviles, emisoras de radio, líneas

de alta tensión, es decir, todo aquello que genere ondas electromagnéticas.

Estas ondas electromagnéticas pueden afectar a la transmisión de datos o incluso

falsearlas. Para evitar influencias parásitas en la transmisión de datos los cables

del bus de datos están trenzados entre ellos.

De esta forma, se evitan también emisiones perturbadoras procedentes del propio

cable del bus de datos.

Las tensiones de los cables se encuentran opuestas, si en un cable hay voltios,

en el otro tenemos 0. De esta manera, la suma de tensiones es siempre constante

y se anulan mutuamente los efectos electromagnéticos de campo de los cables

del bus.

Los cables del bus están protegidos contra la penetración de emisiones parásitas

y tienen un comportamiento casi neutro hacia los otros cables de instalaciones

anexas.

Figura 2.34 Fuentes Parasitas



116

2.10.12 CAN BUS DEL ÁREA DE TRACCIÓN

Prácticamente todos los vehículos actuales disponen de CAN Bus del área de

tracción. Según el equipamiento del vehículo, este CAN Bus intercomunica lasunidades de control de:

Unidad de control de motor.

Unidad de control del ABS/EDS.

Unidad de control de cambio automático.

Unidad de control de la servodirección electrohidráulica.

Transmisor del ángulo de giro del volante ESP.

Figura 2.35 CAN Bus Área de Tracción

El CAN Bus tracción trabaja a alta velocidad de transmisión (500 kbitd/seg,

500.000 bits por segundo). La transmisión del protocolo de datos tarda

aproximadamente 0,25 milisegundos. Esta alta velocidad permite que las

unidades de control estén informadas con gran exactitud respeto al estado

operativo momentáneo del funcionamiento global y pueden ejecutar sus funciones

que mejoran los servicios de las distintas unidades de control.

El transceptor del área de tracción permite la transmisión de los datos entre los

ciclos de encendido, lo cual permite actuar con los datos recibidos sobre el

siguiente momento de encendido.



117

Según la unidad de control, se intenta transmitir datos cada 7-20 milisegundos. El

orden de prioridad es:

1. ABS/EDS.

2. Unidad de control de motor.

3. Unidad de control del cambio automático.

El nodo de conexión suele estar fuera de las unidades de control, dentro del mazo

de cables.

Hay algunos casos excepcionales en los que el modo de conexión se encuentraen el interior de la unidad de control del motor, como se puede apreciar en la

figura 2.36.

Figura 2.36 Área de Tracción

En la siguiente tabla se establece la emisión de datos según el protocolo y

el orden de prioridad.



118

Tabla 2.3 CAN Bus Área de Tracción

Orden de prioridades Protocolo de datos procedente de: Ejemplo de información emitida

Solicitud de regulación del par de inercia

1 Unidad de control ABS / EDS del motor durante la regulación ABS

Solicitud de regulación durante el control

antideslizamiento de la tracción

Unidad de control del motor,

Protocolo Régimen de giro del motor.

2 de datos 1 Posición de la mariposa en el momento.

Accionamiento del Kick-down.

3

Unidad de control del motor,

protocolo Temperatura del líquido refrigerante.

de datos 2 Velocidad del vehículo.

Cambio de marchas(cambios).

4 Unidad de control del cambio Cambio automático trabajando en función

automático de emergencia.

Posición de la palanca selectora.

2.10.13 CAN BUS DEL ÁREA DE CONFORT

Intercomunica las unidades de control del sistema de confort:

Unidad de control central del sistema de confort.

Dos o cuatro unidades de control de puertas.

Unidad de control de climatización.

Unidad de control de estacionamiento acústico asistido.

Los cables de las unidades de control se conectan en estrella en un punto de

circuito. De esta manera, si una unidad de control se avería, las demás pueden

seguir transmitiendo su protocolo de datos. Se transmiten datos de las siguientes

funciones del sistema de confort:

Cierre centralizado.

Elevalunas eléctrico.

Iluminación de mandos.

Retrovisores regulables y calefactables.



119

Autodiagnóstico.

La velocidad de transmisión es de 62.5 kbist/ seg., pero actualmente ya hay

sistemas que trabajan a 100 kbist/seg., transmitiendo el protocolo de datos en

aproximadamente 1 ms. Cada unidad interna transmitirá datos cada 20 ms. Las

prioridades son:

1. Unidad de control central.

2. Unidad de control del lado del conductor.

3. Unidad de control del acompañante.

4. Unidad de control trasera izquierda.

5. Unidad de control trasera derecha.

Figura 2.37 Área de Confort

2.10.14 CAN BUS DEL ÁREA DE DISPLAY

Intercomunica las unidades de control de:

Radio.

Navegación.

Volante multifunción.

Teléfono.

Sistema de mando por voz.



120

La velocidad de transmisión del protocolo de datos es de 100 kbits/segundo, está

área sólo la encontramos en vehículos de alta gama. A través del equipo de

navegación, además de indicarnos la dirección a seguir, informa al satélite de

localización exacta del vehículo, cuestión muy útil en caso de robo o accidente.

Las necesidades de información de las diferentes unidades de mando que

transmiten sus protocolos a los diferentes buses de datos; y considerando que

emiten a velocidades diferentes, han hecho necesario el empleo de un

microprocesador colocando normalmente en el panel de instrumentos que realiza

las funciones de puerta informática (Gateway). Esta puerta hace posible el

intercambio de datos entre las diferentes áreas (tracción, confort y display) y,además centraliza el sistema de auto diagnóstico para aquellos elementos que no

disponen de cable de auto diagnóstico propio. La puerta filtra los conjuntos de

datos recibidos de los subsistemas del bus y sólo retransmite los datos necesarios

para el otro bus.

Interrupción de un cable del bus.

Consultando el esquema tendremos que medir la continuidad entre los nodos deconexión del bus y las terminales correspondientes de las unidades de control. La

resistencia del cable debe ser de pocos ohmios.

Figura 2.38 Interrupción de un Cable del Bus



121

Cortocircuito entre los cables del bus.

Para efectuar esta comprobación tenemos que desconectar todas las unidades de

control, incluido el panel de instrumentos, y nos tiene que dar resistencia infinita.

Figura 2.39 Cortocircuito entre los cables del Bus

Derivación o cortocircuito con + o –.

Al igual que en el caso anterior, hay que desconectar todas las unidades de

control y comprobará al aislamiento con respecto a + y – de la batería.

Figura 2.40 Derivación a Tierra



122

Verificación del osciloscopio.

Conectados los dos canales del osciloscopio a los terminales correspondientes de

cualquier unidad de control, al dar al contacto comienza la emisión de datos. Se

debe apreciar en el osciloscopio la información exacta que se está enviando, pero

a nivel práctico lo que nos interesa ver es que las dos señales existen.

Figura 2.41 Verificación Osciloscopio

2.10.15 DIAGNÓSTICO DEL CAN BUS

Los sistemas de seguridad que incorpora el Can-Bus permiten que las

probabilidades de fallo en el proceso de comunicación sean muy bajas, pero sigue

siendo posible que cables, contactos y las propias unidades de mando presenten

alguna disfunción.

Para el análisis de una avería, se debe tener presente que una unidad de mando

averiada abonada al Can-Bus en ningún caso impide que el sistema trabaje con

normalidad. Lógicamente no será posible llevar a cabo las funciones que implicanel uso de información que proporciona la unidad averiada, pero sí todas las

demás.

Por ejemplo, si quedase fuera de servicio la unidad de mando de una puerta, no

funcionaría el cierre eléctrico ni se podrían accionar el del resto de las puertas.

En el supuesto que la avería se presentara en los cables del bus, sería posible

accionar eléctricamente la cerradura de dicha puerta, pero no las demás.



123

Recuérdese que esto ocurriría si los dos cables se cortan o se cortocircuitan a

masa.

También es posible localizar fallos en el Can-Bus consultando el sistema de auto

diagnosis del vehículo, donde se podrá averiguar desde el estado de

funcionamiento del sistema hasta las unidades de mando asociadas al mismo,

pero necesariamente se ha de disponer del equipo de chequeo apropiado.

Otra alternativa es emplear el programa informático CAN Alyzer (Vector Informatik

GmbH) con el ordenador con la conexión adecuada. Este programa permite

visualizar el tráfico de datos en el Can-Bus, indica el contenido de los mensajes yrealiza la estadística de mensajes, rendimiento y fallos.

Probablemente, la herramienta más adecuada y asequible sea el osciloscopio

digital con dos canales, memoria y un ancho de banda de 20 MHz. (FLUKE, MIAC

ETC.) con el que se pueden visualizar perfectamente los mensajes utilizando una

base de tiempos de 100 microsegundos y una base de tensión de 5V. En este

caso, se debe tener en cuenta que los bits stuff (el que se añade después decinco bits iguales) deben ser eliminados.



124

CAPÍTULO III

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL SIMULADOR DEGESTIÓN ELECTRÓNICA

3.1 CARACTERÍSTICAS DEL SISTEMA

Este banco brinda la oportunidad de simular y generar las señales mediante

puntos de prueba con el fin de poner en funcionamiento el ECM para ser

diagnosticada. Las señales que se obtienen en el simulador están sometidas a un

análisis previo tomando los parámetros especificados por el fabricante; logrando

un funcionamiento eficaz de todos los parámetros que utiliza la ECM.

Figura 3.1 Simulador

La principal función del simulador, es tomar el papel y realizar todas las acciones

que cumplen los sensores dentro de la inyección electrónica en el motor,

generando señales de funcionamiento hacia el Módulo de Control Electrónico

ECM, en el cual estos datos son analizados y procesados para generar señales y

operar los actuadores del sistemas y de esta forma diagnosticar a la ECM de una

forma eficiente y real.



125

3.2 SEÑALES A COMPROBAR

En el simulador se han considerado puntos de pruebas específicos para el óptimo

funcionamiento del sistema “Celect” de Cummins que son de suma importanciapara el diagnóstico de las ECM.

Tabla 3.1 Señales de la ECM

Aplicación Abreviatura

Voltaje para el vehículo BAT

Tierra de Encendido GND

Voltaje de Referencia VREF

Módulo de Control Electrónico ECM

Inyectores 1 al 6 INJ 1 al 6

Salida autodiagnóstico DLC

Captador del régimen del motor EPS

Captador de presión del múltiple de admisión MAP

Captador de temperatura del múltiple de admisión IAT

Captador temperatura del agua motor WTS

Captador temperatura del aceite motor OTS

Captador de presión del aceite del motor OPS

Solenoide de cierre de combustible LOKOUT

SOLENOIDE

Captador de posición del acelerador TPS

Interruptor de Validación de Marcha en Vacío IVS



126

3.3 PARÁMETROS CONSIDERADOS PARA LA CONSTRUCCIÓNDEL SIMULADOR

Para la construcción del simulador se han considerado todas las señales deentrada y salida de la ECM, para realizar los dispositivos de simulación, de todos

los componentes que se detallan a continuación.

3.3.1 SENSOR DE PRESIÓN DEL MÚTIPLE DE ADMISIÓN MAP.

El sensor de presión del múltiple de admisión como el la figura 3.3 monitorea la

presión del múltiple de admisión y pasa la información al módulo de controlelectrónico (ECM) a través del arnés de sensores ver figura 3.2. Si la presión del

múltiple de admisión se eleva demasiado, causará una condición de disminución

de potencia.

El sensor de presión de aire del múltiple de admisión está colocado en la parte

posterior del múltiple de admisión. El ECM usa esta información para el sistema

de protección del motor.

Se alimenta con +5V desde la ECM cuando el encendido se encuentra en

contacto.

Tabla 3.2 Voltaje del sensor MAP respecto a la presión.

Presión (mmHg) Presión (inHg) Voltaje(V)

0 0 0.42 a 0.58

413.66 16.29 1.42 a 1.58

827.47 32.58 2.42 a 2.58

1241.20 48.86 3.42 a 3.58

1654.86 65.15 4.42 a 4.58



127

Figura 3.2 Circuito del sensor de presión del múltiple de admisión.

Figura 3.3 Sensor de presión del múltiple de admisión.

Información sobre la presión de aire en la admisión

El sensor emite un voltaje proporcional a la presión calculada ya que la resistencia

varía de acuerdo a la presión.

La ECM utiliza esta información para determinar:

La masa de aire absorbida por el motor.

Mediante los datos del sensor la ECM calcula la presión del turbo en libras

por pulgada cuadrada actuando como un pirómetro de cubicaje másico.

El caudal de inyección para diferentes estados de funcionamiento del motor

y diferentes presiones atmosféricas.



128

El avance del encendido.

También realiza una corrección de la altura a nivel del mar para el cálculo del

tiempo de inyección.

La masa útil de aire absorbida por el motor varía en función de:

La presión atmosférica, por ende la altitud a nivel del mar.

La temperatura del aire.

La velocidad del motor.

Se toman medidas de presión:

Cada vez que el encendido está en contacto.

Cuando existen cargas altas a bajas revoluciones (al subir una pendiente,

cambiando tanto la altura como la presión).

Figura 3.4 Curva de funcionamiento del MAP



129

3.3.1.1. Diseño del circuito del sensor MAP

Figura 3.5 Circuito del sensor MAP

Para obtener el valor de RB se usa la ecuación de tiempo de bajada

C Rt baja 1695.0 Ec. 3.1

Donde se asume el valor del capacitor de acuerdo con los valores existentes en el

mercado

F R sm 9

1 10*2.2695.0099.0

Reemplazando valores se obtiene

K R

F

sm R

6565402

10*2.2695.0

1.0

1

91

Para obtener los valores de R A se realiza por medio de la ecuación del tiempo en

alto

C R Rt alto 12695.0 Ec. 3.2

F R Rms 9

12 10*2.2695.009.0



130

201

*695.0

099.0

2

12

R

RC

ms R

3.3.2 SENSOR DE TEMPERATURA DEL MÚTIPLE DE ADMISIÓN IAT

El sensor de temperatura del múltiple de admisión como en la figura 3.6, es

utilizado por el módulo de control electrónico (ECM) para monitorear la

temperatura del aire de admisión del motor. La señal de temperatura del múltiple

de admisión es usada por el ECM para el sistema de protección del motor y lasincronización y control de dosificación de combustible.

El sensor de temperatura del múltiple de admisión está colocado en la mitad

frontal superior del múltiple de admisión.

Información sobre la temperatura del aire en la admisión

La resistencia del sensor de temperatura del aire en la admisión es de tipo NTC

(Coeficiente Negativo de Temperatura), por lo tanto, disminuye cuando aumenta

la temperatura ver tabla 3.3.

Tabla 3.3 Resistencia del sensor respecto a la temperatura

Temperatura (oC) Temperatura (oF) Resistencia(ohms)

0 32 30k a 36k

25 77 9k a 11k

50 122 3k a 4k

75 167 1350 a 1500

100 212 600 a 675



131

Figura 3.6 Sensor de temperatura del múltiple de admisión.

Figura 3.7 Circuito del sensor de temperatura del múltiple de admisión.

Figura 3.8 Curva de funcionamiento del IAT



132

3.3.2.1 Diseño del circuito del sensor IAT

Figura 3.9 Circuito del sensor IAT

21 R R V V Ec. 3.3

V V

V

R R

RVr V

R

R

82.210001300

1300*5

*

2

12

2

2

3.3.3 SENSOR DE POSICIÓN DEL MOTOR EPS.

El sensor monitorea la posición del motor y la velocidad del motor, luego pasa

esta información al módulo de control electrónico (ECM) a través del arnés de

sensores como en la figura 3.11.

El sensor consta de un núcleo magnético y un bobinado. Esta colocado en laparte posterior del árbol de levas y detecta 24 superficies maquinadas, una de las

superficies maquinadas tiene un perno al centro para generar una señal diferente

para detectar el PMS (punto muerto superior).



134

Figura 3.12 Señal del EPS

Esta información permite a la ECM controlar los varios estados de funcionamiento

del motor (apagado y en funcionamiento) y los modos (aceleración, corte de

inyección, incremento de potencia, etc).

3.3.3.1 Generación de onda del sensor EPS

Para la generación de la señal del sensor de posición del motor (EPS) se larealizara mediante señales de audio las cuales son generadas cuando el motor se

encuentra en funcionamiento.

Las cuales deben grabarse y guardarse como un archivo de audio en el

computador, lo que permitirá reproducirlas las veces que sean necesarias para

lograr el funcionamiento de la ECM.

Con lo cual se consigue de una forma más real la simulación cuando la bobina del

sensor se induce en una variación temporal del flujo magnético proporcional a la

tensión, formando un ciclo sinusoidal de la tensión que corresponde a la

estructura dentada uniforme con su respectivo punto de desenlace.

Para lo cual se utiliza transformadores de 5:1 de 110V a 12V como en la figura

3.13 con lo que se puede proteger al computador cuando se este copiando o

generando las señales, de sobrecargas o corrientes parásitas que se pueden

producir en el sistema.



135

Figura 3.13 Circuito de transformadores

3.3.3.2 Pasos para el proceso de copiado de la señal del sensor EPS

Primero se identificó la posición en la que se encuentra localizado el sensor

EPS y su soque de conexión con el ECM.

Se realizó un puente de conexión entre los soques para obtener terminales

externos.

A los terminales que obtuvimos conectamos los terminales de la salida de

110V de los transformadores.

Las otras salidas de los transformadores de 12V realizamos una conexión a

un plug dual de audio para obtener la señal.

El plug de audio lo conectamos a la estrada de micrófono de nuestro

computador.

En el software de nuestro computador tenemos un programa llamado

grabadora de sonidos de Microsoft.

Encendemos el motor del camión.

Procedemos a copiar la señal con nuestro software como cualquier otro

sonido durante 1 min.

Guardamos la señal como cualquier otro archivo de audio.



136

Figura 3.14 Conexión del sensor EPS para el copiado de señal.

3.3.4 SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE WTS.

El sensor de temperatura de refrigerante como el de la figura 3.15, es utilizado por

el módulo de control electrónico (ECM) para monitorear la temperatura de

refrigerante del motor. La temperatura de refrigerante es usada por el ECM para

el sistema de protección del motor y para la sincronización y control de

dosificación de combustible.

El sensor de temperatura de refrigerante está colocado en la parte superior de la

carcasa del termostato. El sensor utiliza +5 V por la ECM. Los resistores eléctricos

de estos sensores son de tipo NTC (coeficiente negativo de temperatura), por lo

que la resistencia disminuye mientras que la temperatura aumenta ver tabla 3.4.



137

Tabla 3.4 Resistencia del sensor WTS respecto a la temperatura


0 32 30k a 36k25 77 9k a 11k

50 122 3k a 4k

75 167 1350 a 1500

100 212 600 a 675

Figura 3.15 Sensor de temperatura del motor WTS

Figura 3.16 Curva de funcionamiento del WTS



138

Figura 3.17 Circuito del Sensor de Temperatura del Refrigerante (WTS)

3.3.4.1 Diseño del circuito del sensor WTS

Figura 3.18 Diseño del circuito del sensor WTS

21 R R V V Ec. 3.4

V V

V

R R

RVr V

R

R

82.210001300

1300*5

*

2

12

2

2

3.3.5 SENSOR DE TEMPERATURA DEL ACEITE DEL MOTOR OTS.

El sensor de temperatura de aceite del motor es usado por el módulo de control

electrónico (ECM) para monitorear la temperatura del aceite del motor. Si la

temperatura del aceite se eleva demasiado y está activada la protección del

motor, puede incurrirse en una condición de disminución de potencia,

conduciendo posiblemente a paro del motor.



139

El sensor de temperatura de aceite está colocado en la coraza de la bomba de

aceite junto al block del motor a la izquierda del compresor de aire. El sensor

utiliza +5 V por la ECM ver la figura 3.19. Los resistores eléctricos de estos

sensores son de tipo NTC (coeficiente negativo de temperatura), por lo que la

resistencia disminuye mientras que la temperatura aumenta ver tabla 3.5.

Tabla 3.5 Resistencia del sensor OTS respecto a la temperatura


0 32 30k a 36k

25 77 9k a 11k

50 122 3k a 4k

75 167 1350 a 1500

100 212 600 a 675

Figura 3.19 Circuito del Sensor de Temperatura del Aceite del Motor (OTS)



140

3.3.5.1 Diseño del circuito del sensor OTS

Figura 3.20 Diseño del circuito del sensor OTS

21 R R V V Ec. 3.5

V V

V

R R

RVr V

R

R

82.210001300

1300*5

*

2

12

22

3.3.6 SENSOR DE PRESIÓN DEL ACEITE DEL MOTOR OPS.

El sensor de presión de aceite del motor es utilizado por el módulo de control

electrónico (ECM) para monitorear la presión del aceite lubricante. El ECM

monitorea el voltaje en el pin de señal y lo convierte a un valor de presión. El valor

de presión de aceite es usado por el ECM para el sistema de protección del motor

ver la figura 3.21.

El sensor de presión de aceite del motor está colocado en el block del motor, a la

derecha del filtro de combustible, debajo de la segunda tapa de rodillos

seguidores del árbol de levas.

Se alimenta con +5V desde la ECM cuando el encendido se encuentra en

contacto.



141

Tabla 3.6 Voltaje del sensor OPS respecto a la presión.

Presión (kPas) Presión (PSI) Voltaje(V)

0 0 0.40 a 0.60172.37 25 1.40 a 1.60

344.74 50 2.40 a 2.60

517.11 75 3.40 a 3.60

689.48 100 4.40 a 4.60

Figura 3.21 Circuito del Sensor de Presión del Aceite del Motor (OPS)

Figura 3.22 Sensor de temperatura del motor WTS



142

3.3.6.1 Diseño del circuito del sensor OPS

Figura 3.23 Diseño del circuito del sensor OPS

2 R Z V V Ec. 3.6

V V

V

R R

RVr V

R

R

5.210001000

1000*5

*

2

12

2

2

Debido al diodo zener que se utiliza regula a un voltaje de Vz = 5.1V. El voltaje en

la resistencia R2 (VR2) es menor al voltaje Vz.

3.3.7 INYECTORES

Los inyectores de Cummins tipo “Celect” como el de la figura 3.24 tienen un

funcionamiento mecánico - hidráulico - electrónico mediante la sincronización dela cadena cinemática operado por los ángulos de ataque del árbol de levas y son

comandados por una válvula solenoide que es accionada por el módulo de control

electrónico (ECM) para controlar la dosificación y sincronización de combustible.

Cada solenoide del inyector está conectado al ECM por un cable de alimentación

y uno de retorno. Un impulso eléctrico es enviado al inyector desde el ECM por el

cable de alimentación y regresa al ECM por el cable de retorno, después de

accionar el solenoide. Cada válvula solenoide es normalmente abierta, y



143

solamente se cierra por un impulso eléctrico del ECM durante la inyección y

dosificación de combustible.

Figura 3.24 Inyector

Resistencia de la bobina = 0.5 a 1.5 Ohms.

Figura 3.25 Curva de funcionamiento del inyector



144

3.3.8 SOLENOIDE DE CIERRE DE COMBUSTIBLE.

El solenoide de cierre de combustible como el del la figura 3.26, es un dispositivo

usado por el ECM para controlar el suministro de combustible del motor. El ECMpuede apagar el motor cortando la energía al solenoide de cierre de combustible.

El solenoide de cierre de combustible está colocado en la carcasa de suministro

de combustible, arriba del filtro de combustible en la bomba de transferencia de la

bomba de combustible.

El solenoide de cierre de combustible es el único actuador del sistema que utiliza+12 V por la ECM ver la figura 3.26. Este solenoide es un electroimán que actúa

como válvula solenoide que es normalmente abierta, y solamente se cierra por un

impulso eléctrico del ECM que va controlando el paso de combustible.

Figura 3.26 Solenoide de cierre de combustible.

Figura 3.27 Circuito de solenoide de cierre de combustible.



145

3.3.8.1 Diseño del circuito del actuador Solenoide de Cierre de Combustible.

Figura 3.28 Diseño del circuito de Solenoide de Cierre de Combustible.



146

3.3.9 SENSOR DE POSICIÓN DEL ACELERADOR TPS.

El sensor de posición del acelerador está colocado en el pedal del acelerador

como vemos en la figura 3.29. El sensor de posición del acelerador envía una

señal al módulo de control electrónico (ECM) cuando el operador oprime el pedal

del acelerador. El circuito de posición del acelerador contiene tres cables -

alimentación de +5VCD, tierra de retorno, y señal.

Figura 3.29 Sensor de posición del acelerador (TPS)Esta información se utiliza para reconocer posiciones de ninguna carga y carga

completa para la aceleración, corte de la inyección y estrategias de la

recuperación de fuerza.

Figura 3.30 Curva de funcionamiento del TPS



147

Figura 3.31 Circuito del Sensor de Posición del Acelerador.

3.3.9.1 Diseño del circuito del sensor TPS

Figura 3.32 Diseño del circuito del sensor TPS.

21 R R V V Ec. 3.7

V V

V

R R

RVr V

R

R

876.04000850

850*5

*

2

12

22



148

3.3.10 INTERRUPTOR DE VALIDACIÓN DE MARCHA EN VACÍO (IVS).

El interruptor de validación de marcha en vacío (IVS) es utilizado por el módulo de

control electrónico (ECM) para indicar cuando el pedal está liberado (en marchaen vacío) u oprimido (marcha en vacío fuera). El interruptor es calibrado en fábrica

para cambiar de ralentí afuera de ralentí en la posición correcta del pedal de

acelerador. El Interruptor de validación de marcha en vacío (IVS) está colocado

en el ensamble de pedal del acelerador como se ve en la figura 3.33.

Figura 3.33 Interruptor de Validación de Marcha en Vacío (IVS).

Figura 3.34 Circuito de Interruptor de Validación de Marcha en Vacío (IVS).



149

3.3.10.1 Diseño del circuito del Interruptor de Validación de Marcha en Vacío IVS

Figura 3.35 Diseño del circuito Interruptor de Validación de Marcha en Vacío (IVS).



150

3.4 DISEÑO DE LA TARJETA DE CONTROL

El diseño de los circuitos de los diferentes sensores del simulador esta realizado

en el software de ISIS Professional y ARES Professional “Proteus Professional

Design Suite v7.0”. Es un paquete electrónico que ayuda a diseñar el circuito

esquemático para luego obtener el circuito impreso con la característica de

autoruteo.

En la figura 3.36 se puede observar el circuito diseñado para cumplir el objetivo

realizado en el programa ISIS.

Figura 3.36 Diagramas Esquemáticos del Circuito Impreso de cada Sensor.



151

Figura 3.37 Diagramas Impresos en la parte frontal de la Tarjeta Electrónica

Impresión de los diagramas en la baquelita.

Figura 3.38 Tarjetas Electrónicas



152

Observamos en la figura 3.38 que en la estructura de cada una de las tarjetas

electrónicas están diseñadas para ensamblar sobre las mismas todos los

componentes eléctricos – electrónicos que simulan los diferentes componentes

del sistema de inyección electrónica.

3.5 MONTAJE Y ACOPLAMIENTO DE ELEMENTOSELÉCTRICOS – ELECTRÓNICOS

Observamos en la figura 3.39 que estos son los elementos interactuantes con la

ECU una vez que cumpla su ciclo de funcionamiento dependiendo su caso, los

mismos que se encargarán de dar el diagnóstico preciso en base a su

accionamiento y señales observadas para los diferentes sistemas de la ECU que

se encuentren dañados, si así fuera el caso.

Figura 3.39 Tarjetas electrónicas ensambladas



154

Figura 3.41 Conexiones al Tablero

Figura 3.42 Conexiones entre componentes

3.7 ANÁLISIS DE LA ECM

Las ECM nuevas son fabricadas por Cummins en su planta Columbus MidRange

Engine Plant en Columbus, Indiana, las ECM RECOM son remanufacturadas en

Cummins S. de R. L. de C. V. en San Luis de Potosí, México que son productos

para Latinoamérica y en todas las fábricas RECOM Cummins alrededor del

mundo.



155

La ECM tiene una placa en donde consta el número de parte P/N el cual varía

según el CPL “Lista de Partes Críticas” del motor para determinar la calibración.

Figura 3.43 ECM Cummins

Figura 3.44 Estructura Interna de la ECM

Una característica importante de la ECM es que posee 3 conectores que

comunican a la computadora con el arnés de sensores, arnés de inyectores



156

actuadores, y un arnés de la OEM que comunica a la cabina para las funciones de

Confort e instrumentación del vehículo.

Figura 3.45 Conectores de la ECM.

Figura 3.46 Pines de los conectores del arnés al ECM.



157

CAPÍTULO IV

PROCEDIMIENTOS Y PRUEBAS DEL EQUIPO

4.1 PROCEDIMIENTOS

Para el uso adecuado del simulador es necesario seguir una serie de

procedimientos que a continuación se detallan:

1. Conectar la fuente regulada a una toma de corriente, verificando que el

interruptor principal este en posición OFF.

2. Conectar los pines de la fuente regulada al simulador, verificando que el

interruptor principal este en posición OFF, identificando claramente el pin

positivo y negativo respectivamente.

3. Colocar la ECM en el simulador por medio de sus conectores

correspondientes.

4. Poner en la posición ON el interruptor principal “Switch Ignition” para que

todas sus funciones sean energizadas y esperar la rutina de

autodiagnóstico.

5. Conectar en la salida de audio; el plug de los transformadores al

computador y los otros pines a las entradas del sensor EPS para transmitirlas señales, e indicar marcha del motor hacia la ECM.

6. Comenzar a realizar la toma de las distintas mediciones con la ayuda de

un osciloscopio siguiendo un orden de funcionamiento de la ECM, según

las variables que se quieran analizar, esta rutina dependerá

exclusivamente del diagnóstico que se haya realizado al módulo en el

vehículo.



158

4.2 PRUEBAS

Para la realización de las pruebas se cuenta con un scanner INLINE 5 de

Cummins para controlar los parámetros de programación y lecturas de datosinternos propios de la ECM. Un osciloscopio OTC 3840 Automotive Scope.

De esta manera se inserta la punta del osciloscopio a cada uno de los elementos

(figura 4.1) que van hacer medidos en amplitud, frecuencia, ciclo útil y ancho de

pulso generado por sensores (EPS, WTS, MAP, IAT, OPS, OTS, etc.), actuadores

(inyectores, Válvula Solenoide) así como diversos dispositivos eléctricos y

electrónicos usados en los sistemas Cummins.

Figura 4.1 Instalación del osciloscopio a cada elemento

Continuando con las pruebas de funcionamiento se prosigue a tomar las gráficas

características de cada elemento mencionado, para lo cual se utiliza un

osciloscopio automotriz, un interfaz de comunicación propio de Cummins en los

cuales tendremos varias alternativas de variaciones de parámetros y datos

precisos de cómo está funcionando el ECM como se observa en la figura 4.2.



159

Figura 4.2 Pantalla de calibración del osciloscopio OTC

Figura 4.3 Interfaz de comunicación INLINE 5 Cummins

Por medio de estos equipos de diagnóstico se realiza correctamente lassiguientes mediciones gráficas características de cada elemento impreso desde

sus pantallas de manejo.



160

La figura 4.4 nos indica la conexión entre la computadora y el simulador mediante

un circuito de transformadores para poder generar las señales para el sensor de

posición del motor EPS.

Figura 4.4 Circuito EPS

Para la conexión al sensor EPS se utiliza los pines 15A, 01A para la señal 1 y los

pines 14A, 11A para señal 2.

Figura 4.5 Pin de conexión EPS



161

La figura 4.6 es la representación del sensor EPS en el banco de pruebas.

Figura 4.6 Onda sensor EPS

Para obtener la representación del sensor EPS la figura 4.7 indica el Pin de

conexión del mismo.

Figura 4.7 Pin de conexión EPS



162

La figura 4.8 indica la curva que genera el simulador mediante el sensor MAP. En

donde se puede observar el valor máximo de operación que es de 4.75V y el valor

mínimo de 1.3V con lo cual se determina que el sensor se encuentra operando

en los valores requeridos por el fabricante.

Figura 4.8 Onda sensor MAP

Para la conexión al sensor MAP se utiliza los pines 02A, 26A y 13A.

Figura 4.9 Pines de conexión MAP



163

La figura 4.10 indica la curva que genera el simulador mediante el sensor OPS.

En donde se puede observar el valor máximo de operación que es de 4.45V y el

valor mínimo de 3V con lo cual se determina que el sensor se encuentra

operando en los valores requeridos por el fabricante.

Figura 4.10 Onda sensor OPS

Para la conexión al sensor OPS se utiliza los pines 02A, 07A y 13A.

Figura 4.11 Pines de conexión OPS



164

La figura 4.12 indica la curva que genera el simulador mediante el sensor WTS.


valor mínimo de 400mV con lo cual se determina que el sensor se encuentra


Figura 4.12 Onda sensor WTS

Para la conexión al sensor WTS se utiliza los pines 12A y 17A.

Figura 4.13 Pin de conexión WTS



165

La figura 4.14 indica la curva que genera el simulador mediante el sensor IAT. En

donde se puede observar el valor máximo de operación que es de 2.3V y el valor

mínimo de 450mV con lo cual se determina que el sensor se encuentra operando

en los valores requeridos por el fabricante.

Figura 4.14 Onda sensor IAT

Para la conexión al sensor IAT se utiliza los pines 12A y 17A.

Figura 4.15 Pin de conexión IAT



166

La figura 4.16 indica la curva que genera el simulador mediante el sensor OTS.


valor mínimo de 300mV con lo cual se determina que el sensor se encuentra


Figura 4.16 Onda sensor OTS

Para la conexión al sensor OTS se utiliza los pines 12A y 06A.

Figura 4.17 Pin de conexión OTS



167

La figura 4.18 indica la curva que genera el simulador mediante el sensor TPS.


valor mínimo de 1.7V con lo cual se determina que el sensor se encuentra


Figura 4.18 Onda sensor TPS

Para la conexión al sensor TPS se utiliza los pines 18B, 11B y 19B.

Figura 4.19 Pin de conexión TPS



168

La figura 4.20 indica las señales generadas por el simulador mediante el sensor

TPS y el interruptor de validación de marcha en vacío IVS. En donde se puede

observar que el TPS se encuentra en su valor mínimo de operación en el canal A

se observa la señal aproximadamente a 2V. En el canal B se observa la señal del

IVS en su punto en OFF.

Figura 4.20 Señales sensor TPS y Switch IVS

En la figura 4.21 se puede observar la conexión en los pines respecto a lasseñales que se observa en la figura 4.20.

Figura 4.21 Pines de conexion sensor TPS y Switch IVS



169

La figura 4.22 indica las señales generadas por el simulador mediante el sensor

TPS y el interruptor de validación de marcha en vacío IVS. En donde se puede

observar que el valor del TPS se mantiene en su valor mínimo de operación. En el

canal B se observa una variación de la señal del IVS que cambio a un valor de

5V.

Figura 4.22 Señales sensor TPS y Switch IVS

En la figura 4.23 se observa la conexión en los pines respecto a las señales que

se puede ver en la figura 4.22. En esta figura se observa una variación que la

lámpara roja se encuentra encendida y esto se produce por que la ECM al realizar

su reproceso de datos no encuentra ninguna variación en el sensor TPS lo que

bloquea y deja el motor en velocidad de ralentí por seguridad mientras se

soluciona el problema.

Figura 4.23 Pines de conexion sensor TPS y Switch IVS



170

La figura 4.24 indica un switch para la activación manual del ventilador que es

controlada mediante el ECM que se encuentra en la posición de OFF.

Figura 4.24 Manual FAN

La figura 4.25 indica el switch en la posición de ON en la que se puede ver la

lámpara encendida con la que se representa al ventilador que tiene su activación

mediante el pin 07C del conector de actuadores.

Figura 4.25 Manual FAN - ON

En el caso de no utilizar este control el ventilador opera de una forma automática

comandado por un termo switch en el refrigerante el activa o desactiva a la

válvula neumática para el accionamiento del ventilador.



171

La figura 4.26 indica los switchs que posee el camión en cabina si este es

equipado con freno de motor, los cuales permiten la activación de los mismos y

sus diferentes tiempos que son controlados mediante el ECM.

Figura 4.26 Engine Brake

La figura 4.27 indica el switch de engine brake en la posición de ON, y el switch

de engine brake selector en la posición 1 en la que se puede ver dos lámparas

encendidas. Cada lámpara representa un cabezote de freno motor, en este tipo

de motores están equipados con tres cabezotes que comandan cada uno a dos

cilindros respectivamente. En la figura 4.27 se puede observar que se encuentra

encendida la lámpara 1 y 3 las cuales representan al tiempo número 1 de engine

brake selector que tiene su activación mediante el pin 19C del conector de

actuadores.

Figura 4.27 Engine Brake Selector 1



172

En la figura 4.28 se puede observar que se encuentra encendidas las lámparas 1,

2 y 3 las cuales representan al tiempo número 2 de engine brake selector que

tiene su activación mediante el pin 18C y 19C del conector de actuadores.

El freno motor se encuentra trabajando a su 100% de capacidad de frenado.

Figura 4.28 Engine Brake Selector 2

En la figura 4.29 se puede observar el diagnostic switch el que nos permite

desplegar códigos de falla por destellos mediante la lámpara roja y check engine, Si un código de falla esta activo, las luces comenzaran a titilar el código de falla

registrado; Si no hay códigos de falla activos las luces no titilarán y solo se

iluminarán.

Primero, la luz amarilla del check engine titilará. Después de 2 segundos el

número del código de falla comenzará a titilar en la luz roja del STOP. Cada

titilada seguida es un número. Así habrá pausas de 2 segundos entre cada

numero. Cuando el código de falla ha finalizado su visualización (dejará de titilar

el rojo STOP) la luz amarilla aparecerá

Se puede observar IDLE que es el switch de validación y que nos permite realizar

funciones como pasar los códigos de falla almacenados en la memoria del ECM

pasando al siguiente código. Si no existen más códigos de falla registrados

siempre se visualizará el mismo código.



173

Otra función es la de regular el ralentí del motor conjuntamente con el IVS en las

revoluciones requeridas por el motor en diferentes condiciones de altura sobre el

nivel del mar, los intervalo se encuentran de 700 a 800 RPM.

Otra función que nos permite el IDLE es que una vez que el control crucero se

encuentre activado podamos subir o bajar la velocidad moviendo el interruptor.

Cada pulso incrementa o desciende la velocidad en 1.6 km/h.

El control de crucero puede utilizar la última velocidad que se uso para conducir

en control de crucero. Con el interruptor en ON mueva el interruptor IDLE a

incrementar y se sentirá como el vehículo acelera a la ultima velocidad de crucerousada.

Figura 4.29 IDLE – Diagnostic Switch



174

La figura 4.30 indica la curva que genera el simulador para la activación de los

inyectores, en la cual se puede observar que existe una pre inyección 50ms antes

de la inyección principal aquí se tiene un pico inductivo de 130V y en 50ms

aproximadamente se realiza la regulación de inyección hasta que el actuador del

solenoide del inyector corta el paso de combustible, este ciclo de inyección lo

realiza en 110ms.

Figura 4.30 Onda Inyector

En la figura 4.31 se puede observar la conexión en los pines 01A y 10A respecto

a las señales que se ve en la figura 4.30.

Figura 4.31 Pines de conexión INYECTOR



175

En la figura 4.32 puede observar una onda de corriente generada para la

activación del solenoide del inyector la cual se puede ver utilizando una pinza

inductiva como la de la figura 4.33 la cual tiene una escala de 100mV/A lo que es

igual a 0.1V/A, en la escala del osciloscopio tenemos 0.2V por división en lo que

se observa que hay un pico inductivo que llega aproximadamente a 0.8V lo que

nos indica que la ECM esta generado una corriente de 8A.

Para garantizar un proceso de inyección definido y reproducible, el inyector esta

controlado con un recorrido complejo de la corriente. Un condensador

amplificador genera la tensión que llega aproximadamente a 130V y una corriente

de 8A que conduce al principio del proceso de conexión y se encarga que elactuador de la válvula solenoide se eleve rápidamente. Con el inyector abierto

basta una reducida corriente de activación para mantener constante la carrera del

actuador, cuando la carrera del actuador es constante da como resultado un

caudal de inyección proporcional a la duración de la inyección. En el cálculo de

inyección se tiene en cuenta el tiempo de magnetización previa, durante el cual no

está abierto el inyector.

La pinza inductiva se coloca en un cable que va del ECM al terminal del inyector

como se ve en la figura 4.34. Este es un procedimiento efectivo para determinar el

estado del inyector tanto en su parte electrónica como mecánica. Al tener

problemas en la parte mecánica se nota que la corriente aumenta y tiene

fluctuaciones tratando de regular la inyección.

Figura 4.32 Onda de corriente del inyector



176

Figura 4.33 Pinza Amperométrica OTC.

Figura 4.34 Pinza Amperométrica OTC.

En la figura 4.35 se puede observar en los dos canales del osciloscopio en el

canal B se ven los pulsos de inyección y el canal A se observan las ondas de

corrientes generadas por la ECM.

Figura 4.35 Comparación de curvas del INYECTOR.



177

La figura 4.36 indica la curva que genera el simulador mediante el actuador Fuel

Solenoide. En donde se puede observar los pulsos de operación que se

encuentran mayor a los 12V. Este actuador es el más importante del sistema ya

que si la ECM no ve señales de él este no empieza a generar pulsos para los

inyectores, este actuador permite el paso de combustible hacia la bomba de

engranes para que sea presurizado y sea enviado a los inyectores.

Figura 4.36 Onda Fuel Solenoide

Para la conexión del actuador utilizamos los pines 16C y Masa como en la Figura

4.37. Hay un diodo led de indicación en donde se observa los pulsos que están

llegando al solenoide.

Figura 4.37 Pin de conexión Fuel Solenoide



178

La figura 4.38 indica las señales de Can High y Can Low generadas por el ECM

para la comunicación con otros módulos o para el conector DLC.

Figura 4.38 Comparación de CAN HIGH y CAN LOW

En la figura 4.39 se observa la conexión en los pines respecto a las señales de

Can High y Can Low que se pueden ver en la figura 4.38.

Figura 4.39 Pines de conexión CAN HIGH y CAN LOW



179

La figura 4.40 indica la conexión del interfaz Inline 5 al simulador en donde existe

una conexión visual directa con la ECM.

Figura 4.40 Conexión del interfaz INLINE al simulador.

El interfaz Inline puede comunicarse con la PC mediante un software llamadoPowerSpec de Cummins que permite visualizar información interna de la ECM,

códigos de falla, trip información, etc.

Figura 4.41 PowerSpec.



180

CAPÍTULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1 CONCLUSIONES

Luego de la realización de este proyecto de tesis se concluye lo siguiente:

Se diseñó y construyó un simulador de gestión electrónica para módulos de

control electrónico (ECM) para motores Diesel Cummins con las

especificaciones N14, a través de la generación de fuentes de señal típicas

de los sensores interpretada por la computadora y activar a los distintos

actuadores que intervienen en un sistema de inyección electrónica a diesel

Cummins.

Se comprobó que el simulador permite realizar pruebas en los camiones

equipados con motores Cummins N14 tipo Celect+, por las características

similares de funcionamiento, diagramación, forma y posición de los

conectores obteniendo así, un equipo versátil para utilizarlo en diagnóstico

y reparación de computadoras automotrices para la marca Cummins.

Se elaboró diagramas eléctricos y electrónicos ver anexos de las señales

de los sensores específicos para el banco de simulación, permitiendo

obtener las curvas características de cada uno, para realizar un eficiente

entrenamiento en este tipo de sistemas, tomando en cuenta los valoresespecíficos de cada componente que intervienen en el proyecto diseñado.

Se verificó que las señales generadas por el simulador concuerdan con

funcionamiento normal de las que son generadas por los sensores del

motor para el cual fue diseñado el banco de simulación.

Se realizó la aplicación tomando en cuenta el factor ergonómico,



181

brindando comodidad al operario que va a trabajar en simulador pudiendo

realizar mediciones más rápidas en las tomas implementadas e

interpretando de manera visual los eventos típicos de un sistema de

gestión electrónica, además, permite la interacción en el diagnóstico con

instrumentos de medición adicionales para comprobar el correcto

funcionamiento del mismo.

5.2 RECOMENDACIONES

Se recomienda que al realizar cualquier tipo de conexión eléctrica dentro

de un banco de pruebas y aún más si éste posee estructuras metálicas

evitar que los conductores y demás circuitos hagan contacto con la

carcasa, evitando falsas señales de tierra o cortocircuitos.

Al momento de ensamblar todos los elementos en el banco de pruebas se

debe verificar que se siga un orden secuencial de armado, empezando por

los cables, hasta las tarjetas y fuentes de alimentación facilitando una clara

idea de cómo se encuentra estructurado el proyecto.

Para comprobar un sistema de inyección electrónica, debe utilizarse una

lógica de manipulación del banco, partiendo de la puesta en contacto para

proveer los voltajes de alimentación requeridos, la generación de ondas del

captor de giro EPS y la simulación de las diversas variantes de entrada.

Para el análisis posterior del comportamiento de los actuadores, se

empezará con el orden adecuado que tendrían que acontecer los eventoseléctricos en funcionamiento normal del vehículo y se logrará observar

variaciones en las salidas o actuadores dependientes del estado de las

entradas del ECM.

Cuando empiece a realizar pruebas de funcionamiento en el simulador y se

observe que algún indicador led que no se enciende, se recomienda

empezar a revisar primero los fusibles del simulador para usar el banco al



182

máximo rendimiento, de no darse solución inmediata se debe revisar los

planos de instalaciones para diagnosticar la causa del fallo

específicamente.

Para poder analizar completamente el estado de la ECM se sugiere

trabajar conjuntamente con equipo especializado como el uso correcto de

un osciloscopio automotriz, un scanner automotriz hevy duty, o un interfaz

de comunicación con la ECM como es el INLINE de Cummins.

Si tenemos la comunicación de la ECM con un interfaz de comunicación

propio de Cummins podemos utilizar software autorizado como INSITE ensu versión 6.0 en adelante para realizar una reprogramación del módulo,

modificando parámetros para el mejor desempeño en su operación.



183

VI. BIBLIOGRAFÍA

Robert Bosch; Manual de la técnica del automóvil; Cuarta Edición, Automotive

Aftermarket Bosch, Alemania, 2005.

Cummins Engine Company, Inc.; Manual de Diagnóstico y Reparación Motores

Serie N14 Celect; Cummins Engine Company, Ltd., Columbus, Indiana, U.S.A.,

2000.

Cummins Engine Company, Inc.; Manual de Diagnóstico y Reparación del

Sistema de combustible Motor N14 Vol1; Cummins Engine Company, Ltd.,

Columbus, Indiana, U.S.A., 2000.

Cummins Engine Company, Inc.; Manual de Diagnóstico y Reparación del

Sistema de combustible Motor N14 Vol2; Cummins Engine Company, Ltd.,


Martí A; Encendido Electrónico; Ediciones Marcombo S. A, Barcelona, 1991.

Ribeiro F; Manual de Sistemas Electrónicos de Vehículos; Volumen 1, Ediciones

Ciclo Engenharia Ltda., Brasil, 2002.

Belove C; Enciclopedia de la Electrónica; Grupo Editorial OCEANO, Barcelona,

1990.

Martínez G; Manual del Automóvil; Ediciones CULTURAL S. A, Madrid, 2002.

Usategui A; Microcontroladores PIC; Tercera Edición, Ediciones McGraw-Hill,

Madrid, 2003.

Tavernier C; Microcontroladores de 4 y 8 Bits; Editorial Paraninfo, Madrid, 1995.



184

Usategui A; Diseño y Aplicaciones Microcontroladores PIC; Ediciones McGraw-

Hill, Madrid, 1997.

Manual CEAC del Automóvil; Grupo Editorial CEAC; Barcelona, 1992.

Crouse W; Equipo Eléctrico y Electrónico del Automóvil; Sexta Edición, Ediciones

Alfa omega, México, 1992.

Demsey A; Electrónica Digital Básica; Ediciones Alfa omega, México, 1992.

Guerrero A; Fundamentos de Electrotecnia; Ediciones McGraw-Hill, Madrid, 1996.

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www.quickserve.cummis.com

www.redtécnicaautomotríz.com

www.chipdoc.com

www.elmundomotor.elmundo.es

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ANEXOS



Anexo # 1

RESUMEN DE TESIS EN ARTÍCULO TÉCNICO



“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SIMULADOR DE GESTIÓNELECTRÓNICA PARA ECM EN MOTORES DIESEL CUMMINS CON LAS

ESPECIFICACIONES N14” Alex Mauricio Zapata Vaca. AUTOR

Dept. de Mecánica y Energía. Escuela Politécnica del Ejército Sede Latacunga,Quijano y Ordóñez y Márquez de Maenza S/N Latacunga, Ecuador,

e-mail : [email protected]

RESUMEN

El presente proyecto se enfoca al diseño y construcción de un simulador degestión electrónica para ECM en motores Cummins con las especificaciones N14,cuyo principal propósito es brindar a estudiantes, técnicos automotrices laoportunidad de interactuar con un sistema electrónico utilizado en motores dieselde servicio pesado, con el fin de que el técnico se relacione y comprenda de unaforma mas profunda el funcionamiento de este sistema, logrando que el técnico seencuentre en la capacidad de diagnosticar, reparar y repotenciar los motores conesta tecnología.

I. INTRODUCCIÓN

El presente trabajo ha sido realizado para satisfacer las necesidades de unacomprobación y verificación de computadores automotrices a inyecciónelectrónica de motores diesel en un tiempo mínimo y con resultados precisos.En el diseño y construcción se ha tomado en cuenta todos los accesorios y

elementos necesarios para simular los sensores y actuadores, encargados a lavez de poner en funcionamiento a la ECM, además se ha dotado de entradas quenos permiten realizar mediciones y comprobaciones en las facetas de diagnóstico.El equipo realizado permitirá potencializar una de las cualidades más importantesque debe poseer un técnico Automotriz que es su creatividad para realizar demanera óptima y eficiente, las comprobaciones y operaciones de reparación decomputadoras en vista de la falta de diagramación electrónica interna de la ECM,de las cuales generalmente sólo se cuenta con los diagramas de los sistemas deinyección electrónica.

II. MATERIALES Y/O COMPONENTES

SENSOR DE PRESIÓN DEL MÚTIPLE DE ADMISIÓN MAP: El sensormonitorea la presión del múltiple de admisión y pasa la información al ECMa través del arnés de sensores. Si la presión se eleva demasiado, causaráuna condición de disminución de potencia.

mailto:[email protected]






SENSOR DE TEMPERATURA DEL MÚTIPLE DE ADMISIÓN IAT: El sensor esutilizado por el ECM para monitorear la temperatura del aire de admisión delmotor. La señal de temperatura es usada por el ECM para el sistema deprotección del motor y la sincronización y control de dosificación de combustible.

SENSOR DE POSICIÓN DEL MOTOR EPS: El sensor monitorea la posición delmotor y la velocidad del motor, luego pasa esta información al ECM a través delarnés de sensores. El sensor consta de un núcleo magnético y un bobinado. Estacolocado en la parte posterior del árbol de levas y detecta 24 superficiesmaquinadas, una de las superficies maquinadas tiene un perno al centro paragenerar una señal diferente para detectar el PMS.

SENSOR DE TEMPERATURA DEL REFRIGERANTE WTS: El sensor esutilizado por el ECM para monitorear la temperatura de refrigerante del motor. Latemperatura de refrigerante es usada por el ECM para el sistema de proteccióndel motor y para la sincronización y control de dosificación de combustible.

SENSOR DE TEMPERATURA DEL ACEITE DEL MOTOR OTS: El sensor esusado por el ECM para monitorear la temperatura del aceite del motor. Si latemperatura del aceite se eleva demasiado y está activada la protección delmotor, puede incurrirse en una condición de disminución de potencia,conduciendo posiblemente a paro del motor.

SENSOR DE PRESIÓN DEL ACEITE DEL MOTOR OPS: El sensor de presión deaceite del motor es utilizado por el ECM para monitorear la presión del aceite

lubricante. El ECM monitorea el voltaje en el pin de señal y lo convierte a un valorde presión.

INYECTORES: Los inyectores de Cummins tipo “Celect” tienen un funcionamiento

mecánico - hidráulico - electrónico mediante la sincronización de la cadenacinemática operado por los ángulos de ataque del árbol de levas y soncomandados por una válvula solenoide que es accionada por el módulo de controlelectrónico (ECM) para controlar la dosificación y sincronización de combustible.

SOLENOIDE DE CIERRE DE COMBUSTIBLE: El solenoide de cierre decombustible, es un dispositivo usado por el ECM para controlar el suministro de

combustible del motor. El ECM puede apagar el motor cortando la energía alsolenoide de cierre de combustible. El solenoide de cierre de combustible estácolocado en la carcasa de suministro de combustible, arriba del filtro decombustible en la bomba de transferencia de la bomba de combustible. Elsolenoide de cierre de combustible es el único actuador del sistema que utiliza+12 V por la ECM. Este solenoide es un electroimán que actúa como válvulasolenoide que es normalmente abierta, y solamente se cierra por un impulsoeléctrico del ECM que va controlando el paso de combustible.



A. DISEÑOEl diseño de los circuitos de los diferentes sensores del simulador esta realizado en elsoftware de ISIS Professional y ARES Professional “Proteus Professional Design Suitev7.0”. Es un paquete electrónico que ayuda a diseñar el circuito esquemático para luegoobtener el circuito impreso con la característica de autoruteo.

Figura 1 – diseño proteusDespués de esta simulación se diseño la placa final en el programa ares. Figura 2.

Figura 2 – Diseño en aresB. SIMULADOR.Este banco brinda la oportunidad de simular y generar las señales mediante puntos deprueba con el fin de poner en funcionamiento el ECM para ser diagnosticada. Las señalesque se obtienen en el simulador están sometidas a un análisis previo tomando losparámetros especificados por el fabricante; logrando un funcionamiento eficaz de todoslos parámetros que utiliza la ECM. La principal función del simulador, es tomar el papel y

realizar todas las acciones que cumplen los sensores dentro de la inyección electrónicaen el motor, generando señales de funcionamiento hacia el Módulo de Control ElectrónicoECM, en el cual estos datos son analizados y procesados para generar señales y operarlos actuadores del sistemas y de esta forma diagnosticar a la ECM de una forma eficientey real.

Figura 3 – SimuladorC. CONEXIONES AL TABLERO DE INSTRUMENTACIÓNLos componentes requeridos para el simulador se instalaron en la parte posterior deltablero de control, con su respectivas trayectorias de circuitos, que van desdeinterconexiones desde la ECM hasta cada uno de los sensores y actuadores simuladosen el proyecto.



Figura 4 – Conexión entre componentes

D. PROCEDIMIENTOSPara el uso adecuado del simulador es necesario seguir una serie de procedimientos quea continuación se detallan:

7. Conectar la fuente regulada a una toma de corriente, verificando que el interruptorprincipal este en posición OFF.

8. Conectar los pines de la fuente regulada al simulador, verificando que elinterruptor principal este en posición OFF, identificando claramente el pin positivoy negativo respectivamente.

9. Colocar la ECM en el simulador por medio de sus conectores correspondientes.10. Poner en la posición ON el interruptor principal “Switch Ignition” para que todas

sus funciones sean energizadas y esperar la rutina de autodiagnóstico.11. Conectar en la salida de audio; el plug de los transformadores al computador y los

otros pines a las entradas del sensor EPS para transmitir las señales, e indicarmarcha del motor hacia la ECM.

12. Comenzar a realizar la toma de las distintas mediciones con la ayuda de un

osciloscopio siguiendo un orden de funcionamiento de la ECM, según lasvariables que se quieran analizar, esta rutina dependerá exclusivamente deldiagnóstico que se haya realizado al módulo en el vehículo.

E. PRUEBASPara la realización de las pruebas se las realizó con un scanner INLINE 5 de Cumminspara controlar los parámetros de programación y lecturas de datos internos propios de laECM. Un osciloscopio OTC 3840 Automotive Scope.De esta manera se inserta la punta del osciloscopio a cada uno de los elementos quevan hacer medidos en amplitud, frecuencia, ciclo útil y ancho de pulso generado porsensores (EPS, WTS, MAP, IAT, OPS, OTS, etc.), actuadores (inyectores, VálvulaSolenoide) así como diversos dispositivos eléctricos y electrónicos usados en lossistemas Cummins.

Figura 5 – Pruebas en el simulador



III. CONCLUSIONESSe diseñó y construyó un simulador de gestión electrónica para módulos decontrol electrónico (ECM) para motores Diesel Cummins con las especificacionesN14, a través de la generación de fuentes de señal típicas de los sensores

interpretada por la computadora y activar a los distintos actuadores queintervienen en un sistema de inyección electrónica a diesel Cummins.

Se comprobó que el simulador permite realizar pruebas en los camionesequipados con motores Cummins N14 tipo Celect+, por las característicassimilares de funcionamiento, diagramación, forma y posición de los conectoresobteniendo así, un equipo versátil para utilizarlo en diagnóstico y reparación decomputadoras automotrices para la marca Cummins.Se elaboró diagramas eléctricos y electrónicos ver anexos de las señales de lossensores específicos para el banco de simulación, permitiendo obtener las curvascaracterísticas de cada uno, para realizar un eficiente entrenamiento en este tipo

de sistemas, tomando en cuenta los valores específicos de cada componente queintervienen en el proyecto diseñado.

Se verificó que las señales generadas por el simulador concuerdan confuncionamiento normal de las que son generadas por los sensores del motor parael cual fue diseñado el banco de simulación.

IV. RECOMENDACIONESSe recomienda que al realizar cualquier tipo de conexión eléctrica dentro de unbanco de pruebas y aún más si éste posee estructuras metálicas evitar que losconductores y demás circuitos hagan contacto con la carcasa, evitando falsasseñales de tierra o cortocircuitos. Al momento de ensamblar todos los elementos en el banco de pruebas se debeverificar que se siga un orden secuencial de armado, empezando por los cables,hasta las tarjetas y fuentes de alimentación facilitando una clara idea de cómo seencuentra estructurado el proyecto.Para comprobar un sistema de inyección electrónica, debe utilizarse una lógica demanipulación del banco, partiendo de la puesta en contacto para proveer losvoltajes de alimentación requeridos, la generación de ondas del captor de giroEPS y la simulación de las diversas variantes de entrada. Para el análisisposterior del comportamiento de los actuadores, se empezará con el ordenadecuado que tendrían que acontecer los eventos eléctricos en funcionamientonormal del vehículo y se logrará observar variaciones en las salidas o actuadoresdependientes del estado de las entradas del ECM.

V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.

Robert Bosch; Manual de la técnica del automóvil; Cuarta Edición, Automotive Aftermarket Bosch, Alemania, 2005.

Cummins Engine Company, Inc.; Manual de Diagnóstico y Reparación Motores

Serie N14 Celect; Cummins Engine Company, Ltd., Columbus, Indiana, U.S.A.,



2000.

Cummins Engine Company, Inc.; Manual de Diagnóstico y Reparación delSistema de combustible Motor N14 Vol1; Cummins Engine Company, Ltd.,


Cummins Engine Company, Inc.; Manual de Diagnóstico y Reparación delSistema de combustible Motor N14 Vol2; Cummins Engine Company, Ltd.,Columbus, Indiana, U.S.A., 2000

Martí A; Encendido Electrónico; Ediciones Marcombo S. A, Barcelona, 1991.

Ribeiro F; Manual de Sistemas Electrónicos de Vehículos; Volumen 1, EdicionesCiclo Engenharia Ltda., Brasil, 2002.

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VI. AGRADECIMIENTOS Agradezco a la Escuela Politécnica del Ejército, a la Carrera de Ingeniería Automotriz y atodos los maestros que compartieron durante todos estos años de estudio susconocimientos, permitiéndome culminar con éxito este proyecto de gran interés.



Anexo # 2

Reporte de Códigos de Falla primera prueba

PowerSpec - Engine Fault ReportEngine Type M11/N14 ECM Code C10574.02 Last Tool Used Insite

Engine SerialNumber

0SoftwarePhase

67305473 Report Date 24/02/200914:02:58

Unit Number CustomerName

PowerSpecVersion

4.0.2.0

Active FaultsCummins FaultCode

Count

Accelerator Pedal or Lever Position Sensor Circuit - Voltage Above Normal,or Shorted to High Source

131 1

Coolant Level Sensor Circuit - Data Erratic, Intermittent, or Incorrect 422 1

Intake Manifold Pressure Sensor Circuit - Voltage Below Normal, or Shortedto Low Source

123 1

Barometric Pressure Sensor Circuit - Voltage Below Normal, or Shorted toLow Source

222 1

Inactive FaultsCummins FaultCode

Count

Injector Solenoid Cylinder #5 Circuit - Current Below Normal, or Open Circuit 323 5

Engine Control Module Warning internal hardware failure - Bad IntelligentDevice or Component

343 250

Injector Solenoid Cylinder#1 Circuit - Current Above Normal, or Grounded

Circuit 311 7

Engine Fuel Shutoff Valve Circuit - Voltage Below Normal, or Shorted to LowSource

254 255



Anexo # 3

Reporte Dataplate Information

PowerSpec - Engine Dataplate InformationEngine Type M11/N14 ECM Code C10574.02 Last Tool Used Insite

Engine SerialNumber

0SoftwarePhase

67305473 Report Date 26/02/200911:17:45


PowerSpecVersion

4.0.2.0

ECM Information Value

Boot Phase 0

Core Based False

Module ID 14644

Module Name CELECT+

ECM Serial Number 3092801

ECM Part Number 959460144

Engine Information Value

Engine Model M11/N14

Engine Build Date 3145728

Engine Family M11/N14 Phase 4.3

DO Option 71434240

SC Option 674168832

Engine Horse Power 425

Engine Horse Power RPM 0

Engine Torque 1550

Engine Torque RPM 1200

Vehicle Information Value

Vehicle Identification Number (VIN)

OEM Vehicle or Equipment

Customer Location

OEM NameOEM Vehicle Equipment Model



Anexo # 4

Reporte Trip Information

PowerSpec - Engine Trip Information Report

Engine Type M11/N14 ECM Code C10574.02 Last Tool Used Insite

Engine SerialNumber

0SoftwarePhase

67305473 Report Date 26/02/200911:16:39


PowerSpecVersion

4.0.2.0

Trip Data Since Last Reset

Trip Summary Value Unit

Average Fuel Economy 4.18 mpg

Drive Average Fuel Economy 4.30 mpg

% Idle Time 17 %

% PTO Time 0,1 %

% Top Gear Distance 0 %

% Cruise Distance 0 %

Number of Sudden Decelerations 1

Trip Distance 3294.9 miles

Total Engine Hours 177.2 hours

Trip Time 177.2 hours

Distance Value Unit

Trip Distance 3294.9 miles

Drive Distance 1585.9 miles

Cruise Distance 0.00 miles

Top Gear Distance 1.3 miles

Time Value Unit

Trip Time 177.2 hours

Idle Time 30.2 hours

Fuel Used Value UnitFuel Used 788.4 gallons

Drive Fuel 765.9 gallons

Idle Fuel Used 22.1 gallons

Counts Value Unit

Service Brake Actuations / 1K 184,28 brakes/1K miles

Number of Sudden Decelerations 1

Maximum Speeds Value Unit



All Trips (Cumulative)

Totals Value Unit

Total Engine Distance 3294.9 miles

Total Engine Hours 177.2 hours

Total Fuel Used 788.4 gallons

Total Idle Fuel Used 22.1 gallons

Total PTO Time 0.2 hours



Anexo # 5

Reporte Feature Settings

PowerSpec - Current Engine Feature SettingsEngine Type M11/N14 ECM Code C10574.02 Last Tool Used Insite

Engine SerialNumber

0SoftwarePhase

67305473 Report Date 26/02/200911:18:37


PowerSpecVersion

4.0.2.0

Fuel Economy

Road Speed Governor Value Unit

Accelerator Max Road Speed 85 mph

Accelerator Lower Droop 2 mph

Accelerator Upper Droop 0 mph

Gear Down Protection Value Unit

Gear Down Protection Feature Disabled

Gear Down M.V.S - Heavy Load 60 mph

Gear Down M.V.S - Light Load 55 mph

Idle Speed Control Value Unit

Low Idle Adjust Switch Disabled

Idle Engine Speed 650 rpm

Idle Shutdown Value UnitIdle Shutdown Timer 60.0 minutes

Idle Shutdown Disabled

Idle Shutdown Manual Override Disabled

Idle Shutdown in PTO Disabled

Ambient Temperature Option Value Unit

Temperature Override Disabled

Cold Ambient Air Temperature 5 °F

Intermediate Ambient Air Temperature 45 °F

Hot Ambient Air Temperature 80 °F

Driver Reward Value Unit

Driver Reward Disabled

Fan Control Value Unit

Min Fan On Time-A/C Pressure Switch 30 seconds

Fan Control A/C Press Switch Enabled

Fan Accessory Switch Enabled

Fan Clutch Enable Disabled

Fan On During Engine Braking Disabled

A/C Fan MPH Interaction Disabled



Driver Satisfaction

Cruise Control Value Unit

Cruise Control Feature Disabled

Cruise Control Auto-Resume DisabledCruise Control Lower Droop 2 mph

Cruise Control Upper Droop 0 mph

Adaptive Cruise Control Disabled

Adaptive Recovery 18

Top 2 Cruise Control Switch Enable Disabled

Maximum Cruise Control Speed 85 mph

Engine Brakes Value Unit

Engine Brake Cruise Control Activation Disabled

nof Engine Brake Sets 3 mph

EB Level 1 - MPH Above Cruise Set Point 4 mph



/ MPH Interaction Disabled

Engine Brake Service Brake Activation Disabled

Engine Brake Minimum Vehicle Speed 25 mph

Engine Brake Delay 0 seconds

Accelerator Control Value Unit

Accelerator Type Automotive

Accelerator Interlock Enable Disabled

Progressive Shifting Value Unit

Max Progres Shift RPM at 0 MPH 1600 rpm

Max Progressive Shift RPM 1800 rpm

MPH at Max Progres Shift RPM 20 mph

Progressive Shifting Disabled

Asset Utilization

Maintenance Monitor Value Unit

Maintenance Monitor Disabled

Maintenance Monitor Mode Distance

Interval Factor 1

Maintenance Monitor Distance Interval 10000 miles

Maintenance Monitor Time Interval 250 hours

Interval Alert Percentage 100 %



Asset Protection

Engine Protection Value Unit

Engine Protection Shutdown Feature Disabled

Anti-Tampering Measures Value UnitMaximum Engine Speed without VSS 2500 rpm

Vehicel Speed Sensor (VSS) Tamper Detection Disabled

Vehicle Setup

Vehicle Setup Parameters Value Unit

Rear Axle Ratio 3.73 ratio

Number of Tailshaft Gear Teeth 16

Vehicle Speed Sensor Type Magnetic

Transmission Top Gear Ratio 0.74 ratio

Tire Size 501 rev/mile

Cruise Control Switch SetupSet/CoastResume/Accel

Transmission One Gear Down Ratio 1.00 ratio

Automatic Transmision Manual

Vehicle Application On/Off Highway

Alternate Torque Enable Disabled

Transmission Two Gears Down Gear Ratio 1.35 ratio

Transmission Three Gears Down Gear Ratio 1.60 ratio

Top2 Enable Disabled



Anexo # 6

Diagrama Esquemático General



Anexo # 7

Simulación Sensor IAT.



Anexo # 8

Simulación Sensor WTS.



Anexo # 9

Simulación Sensor OTS.



Anexo # 10

Simulación Sensor MAP.



Anexo # 11

Simulación Sensor OPS.



Anexo # 12

Simulación Sensor TPS.



Anexo # 13

Simulación Fuel Solenoide.



Latacunga, Marzo del 2009

EL AUTOR

t-espel-0595diseño de simulador de sensores para ecm diesel

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